CN104007081A - 气体检测装置及系统和气体检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种气体检测装置及系统和气体检测方法。通过红外探测器阵列中至少两个探测单元分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、和滤光片阵列中对应的探测滤光片透射后的红外光，得到输出电压信号；通过红外探测器阵列中的参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、并经过参考滤光片透射后的红外光，得到参考电压信号；数据处理模块处理红外探测器阵列中至少两个探测单元的输出电压信号和参考芯片输出的参考电压信号；由于与红外探测器阵列各个探测单元对应设置的滤光片阵列单元具有不同的透光范围，因此能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及检测技术，尤其涉及一种气体检测装置及系统和气体检测方法。
背景技术
随着人类社会的进步和科学技术的发展，人类生活环境中的气体种类与含量发生了很大变化，某些气体的存在或其浓度的增大对人类的身体健康造成了一定的威胁，因此针对这些气体开展的检测工作具有重要意义；与此同时，在医学和生物学检测领域，当组织细胞的代谢发生变化时，呼吸气体会出现特定的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)成分，且不同身体部位的组织细胞病变具有不同的VOCs表达谱，因此，通过对人体呼吸气体中的气体成分进行检测，形成包含不同气体成分的VOCs表达谱，可以判断人体不同身体部位的组织细胞是否病变，进而对疾病的预防具有重要意义。鉴于此，亟需开发一种可用于检测气体成分，尤其是混合气体中气体成分和浓度信息的技术。
目前，实验室内外对气体成分的检测技术主要包括热分析法、磁式氧分析、电子捕获分析、紫外吸收分析、光纤传感器、化学发光法、电化学方法、半导体型气体传感器检测法等。但是，这些方法大多所需仪器体积庞大、分析过程复杂、耗时久，不适合用于现场实时监测，且价格昂贵，超出一般检测用户的承受能力，所以其应用受到比较大的限制。相比之下，目前可应用于气体成分实时监测的便携式气体成分检测装置主要有电化学气体传感器、金属氧化物半导体气体传感器和声表面波气体传感器。
电化学气体传感器利用气敏电极或者气体扩散电极等构成一系列电池来测量气体成分，传统的高精度气体传感器常常采用这一结构形式。但是，电化学气体传感器受外界温度影响较大，会引起误报；同时往往因为中毒而导致使用寿命较短，在通气条件下，电解液常失去水分而干涸，致使传感器失效，一般1-2年就要更换传感器。
金属氧化物半导体传感器在整个气体传感器市场中占主导地位。该类型传感器以金属氧化物气敏材料(如ZnO、SnO2、TiO2、Fe2O3)为关键部件，待测气体在该半导体表面被吸附后，引起其电学特性发生变化，通过分析电学特性的变化可以获得气体的成分信息。这类气体传感器具有制作工艺简单、生产成本低、响应恢复特性好等优点而倍受推广运用。然而，这类气体传感器工作温度大多在300℃以上，需要加热装置，同时也导致半导体内部晶体不断生长，使传感器性能劣化，灵敏度下降，稳定性变差，寿命缩短，响应速度变慢；同时，这类传感器所使用的敏感材料本身并不具有良好的分辨气体的能力，在进行混合气体中多种气体成分及浓度的检测时，其气体选择性差；此外，金属氧化物半导体气体传感器的标定过程复杂、误报率高等缺点也制约着其进一步的发展与应用。
基于振荡器结构的声表面波气体传感器利用了气体敏感膜吸附气体后引起声表面波传播速度的变化，进而引起振荡频率的变化并以此来检测气体，声表面波气体传感器是另一类较为广泛应用的气体传感器，具有灵敏度高、体积小、成本低、适合远距离检测等优点，成为传感器研究领域的热点，但其在响应速度、气体选择性和稳定性方面还不尽人意。
目前，由于电化学气体传感器、金属氧化物半导体气体传感器和声表面波气体传感器的气体选择性较差，因此限制了这三种气体传感器在包含多种气体成分的混合气体(例如，人体的呼吸气体)中的使用。
发明内容
本发明实施例提供一种气体检测装置及系统和气体检测方法，以实现对包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度的检测。
第一方面，本发明实施例提供了一种气体检测装置，包括：
气体检测密封壳体，其中形成有气体检测密封腔体；
红外气体传感器，设置在所述气体检测密封腔体内；所述红外气体传感器包括顺序设置的红外光源和红外探测器阵列，所述红外探测器阵列包括：滤光片阵列和与所述滤光片阵列对应设置的红外探测器芯片阵列，所述滤光片阵列设置于红外光源和所述红外探测器芯片阵列之间；所述滤光片阵列包括至少三个滤光片单元，所述至少三个滤光片单元具有不同的红外光透射波长，包括一个参考滤光片和至少两个探测滤光片；红外探测器芯片阵列包括一个参考芯片和至少两个探测芯片，其中，参考芯片与参考滤光片对应设置，所述参考芯片用于探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光，所述至少两个探测芯片用于分别探测由红外光源发出的、经气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光，以探测至少两种气体成分；
数据处理模块，与所述红外探测器阵列连接，用于分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
第二方面，本发明实施例提供了一种气体检测系统，包括：
本发明任意实施例所提供的气体成分检测装置；
气体压缩装置，与所述气体检测密封壳体连接，用于对气体检测密封腔体进行抽真空和压缩操作；
气体收集装置，与所述气体检测密封壳体连接，用于向气体检测密封腔体供给待检测气体。
第三方面，本发明实施例提供了一种利用本发明任意实施例所提供的气体检测装置检测气体的方法，包括：
将待检测气体注入气体检测密封腔体；
控制红外光源发出红外光；
参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光；
至少两个探测芯片分别探测由红外光源发出的、经气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光；以及
数据处理模块分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
本发明实施例提供的气体检测装置及系统和气体检测方法，通过红外探测器阵列中至少两个探测单元分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、和滤光片阵列中对应的探测滤光片透射后的红外光，得到输出电压信号；通过红外探测器阵列中的参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、并经过参考滤光片透射后的红外光，得到参考电压信号；通过数据处理模块通过处理红外探测器阵列中至少两个探测单元的输出电压信号和参考芯片输出的参考电压信号，由于与红外探测器阵列各个探测单元对应设置的滤光片阵列单元具有不同的透光范围，因此能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度。
附图说明
图1a为本发明实施例一提供的一种气体检测装置的结构示意图；
图1b为图1a所示的气体检测装置的剖面结构示意图；
图1c为本发明实施例一提供的一种气体检测装置中数据处理模块的结构示意图；
图1d图为与表面增强红外吸收装置中榫头165相铰接的榫槽117c的放大图；
图2为本发明实施例一提供的一种表面增强红外吸收装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种气体检测系统的结构示意图；
图4a为本发明实施例二提供的一种气体压缩装置的结构示意图；
图4b为图4a所示的气体压缩装置的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种收集装置的结构示意图；
图6为本发明实施例三提供的一种检测气体的方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
请参阅图1a-图1d，所述装置1包括：气体检测密封壳体11、红外气体传感器和数据处理模块13。
其中，气体检测密封壳体11中形成有气体检测密封腔体111，用于容纳待检测气体。红外气体传感器设置在所述气体检测密封腔体111内；所述红外气体传感器包括顺序设置的红外光源121和红外探测器阵列，所述红外探测器阵列包括滤光片阵列122和与所述滤光片阵列122对应设置的红外探测器芯片阵列123，所述滤光片阵列122设置于红外光源121和所述红外探测器芯片阵列123之间。
所述滤光片阵列122包括至少三个滤光片单元，所述至少三个滤光片单元具有不同的红外光透射波长，包括一个参考滤光片和至少两个探测滤光片；红外探测器芯片阵列123包括一个参考芯片和至少两个探测芯片，其中，参考芯片与参考滤光片对应设置，所述参考芯片用于探测由红外光源121发出的、不被气体检测密封腔体111内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光，所述至少两个探测芯片用于分别探测由红外光源121发出的、经气体检测密封腔体111内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光，以探测至少两种气体成分。
换言之，滤光片阵列122所包含的单元数量与红外探测器芯片阵列123所包含的单元数量相同。所述红外探测器芯片阵列123采用的阵列形式，可以包括1×3阵列，2×2阵列，或4×4阵列，或其他阵列。所述滤光片阵列122的红外光透射波长决定红外探测器芯片阵列123所能检测的具体的气体成分，所述滤光片阵列122的红外光透射波长和对应的红外探测器芯片阵列123的单元数量决定所述装置1所能检测的气体的最多种类。
例如，当红外探测器芯片阵列123的单元数量为四时，且红外探测器芯片阵列123的各个单元分别为第一红外探测器芯片单元、第二红外探测器芯片单元、第三红外探测器芯片单元和第四红外探测器芯片单元，所述第一红外探测器芯片单元、第二红外探测器芯片单元、第三红外探测器芯片单元和第四红外探测器芯片单元可以采用2×2阵列的形式，与所述第一红外探测器芯片单元、第二红外探测器芯片单元、第三红外探测器芯片单元和第四红外探测器芯片单元对应的滤光片阵列122单元分别为第一滤光片单元、第二滤光片单元、第三滤光片单元和第四滤光片单元，也采用2×2阵列的形式布置。其中第一滤光片单元作为参考滤光片，第二滤光片单元、第三滤光片单元和第四滤光片单元作为探测滤光片，相应地，第一红外探测器芯片单元作为参考芯片，第二红外探测器芯片单元、第三红外探测器芯片单元和第四红外探测器芯片单元作为探测芯片。
当第二滤光片单元的红外光透射波长为4.26μm时，所述第二滤光片单元和第二红外探测器芯片单元配合数据处理模块13、所述参考滤光片和所述参考芯片，可以识别二氧化碳气体和判定待检测气体所包含的二氧化碳气体的浓度，即，当气体检测密封腔体111内的待检测气体中包含二氧化碳气体时，由于二氧化碳气体的红外吸收峰为4.26μm，因此红外光源121发出的红外光中的4.26μm的红外光会被待检测气体中的二氧化碳气体部分吸收，从而所述装置1可以检测出待检测气体中包含的二氧化碳气体及二氧化碳气体的浓度。
类似地，所述第三滤光片单元和第三红外探测器芯片单元以及第四滤光片单元和第四红外探测器芯片单元分别配合数据处理模块13、所述参考滤光片和所述参考芯片，可以识别待检测气体中是否包含其他气体成分，例如丁烷和3-甲基-十三烷，并得到所包含的气体对应的浓度。
数据处理模块13与所述红外探测器阵列连接，用于分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
具体地，所述数据处理模块13可以包括：放大滤波电路131、模数转换电路132和中央处理器133。
其中，放大滤波电路131设置于所述气体检测密封壳体11的底板112的下表面，与红外探测器阵列连接，具体地，可以与红外探测器阵列的各个单元分别连接；模数转换电路132设置于所述底板112的下表面，与放大滤波电路131连接；中央处理器133设置于所述底板112的下表面，与模数转换电路132连接。其中，红外探测器阵列的各个单元包括：滤光片单元和对应的红外探测器芯片。
换言之，对于红外探测器阵列的各个单元，每个红外探测器单元依次连接放大滤波电路131和模数转换电路132后与中央处理器133连接。放大滤波电路131用于对所述红外探测器阵列的各个单元的输出电压信号进行放大和滤波，模数转换电路132用于将放大和滤波后的信号转换为数字信号，中央处理器133处理所述数字信号，以识别气体成分并判定待检测气体所包含的成分的浓度。
其中，底板112可以采用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)。中央处理器133可以采用单片机等常用的微处理芯片，放大滤波电路131和模数转换电路132均可以采用常规的电路。
本实施例的技术方案，通过红外探测器阵列中至少两个探测单元分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、和滤光片阵列中对应的探测滤光片透射后的红外光，得到输出电压信号；通过红外探测器阵列中的参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、并经过参考滤光片透射后的红外光，得到参考电压信号；通过数据处理模块通过处理红外探测器阵列中至少两个探测单元的输出电压信号和参考芯片输出的参考电压信号，由于与红外探测器阵列各个探测单元对应设置的滤光片阵列单元具有不同的透光范围，因此能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度。
在上述实施例中，所述红外气体传感器包括顺序设置的红外光源121、滤光片阵列122和红外探测器芯片阵列123，顺序设置可以包括：从上到下顺序设置、从下到上顺序设置、从左到右顺序设置和从右到左顺序设置，或其他顺序设置方式，对此，本实施例不进行限定，只要能使红外光源121发射的红外光发射后顺序经过待测气体、滤光片阵列122和红外探测器芯片阵列123即可。
下面结合图1b具体说明红外光源121、滤光片阵列122和红外探测器阵列123从上到下顺序设置的具体设置方式。所述红外光源121固定在所述气体检测密封壳体11的顶板113的下表面，发射面向下设置；所述红外探测器阵列优选包括微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)红外探测器阵列，所述红外探测器阵列通过探测器封装引脚124固定在所述气体检测密封壳体11的底板112的上表面，且与所述红外光源121的发射面相互对准。
其中，所述红外探测器阵列可以包括：滤光片阵列122、与所述滤光片阵列对应设置的红外探测器芯片阵列123和红外探测器封装管壳，所述红外探测器芯片阵列123可以通过红外探测器封装管壳上的探测器封装引脚124固定在所述气体检测密封壳体11的底板112的上表面。
其中，采用MEMS红外探测器阵列有利于减小气体检测装置1的体积，提升气体检测装置1的便携性。
在上述实施例中，所述气体检测密封壳体11上设置有第一气阀114，用于与气体压缩装置相连，以进行抽真空和压缩操作，例如通过气体压缩装置中设置的活塞结构进行抽真空和压缩操作；所述气体检测密封壳体11上设置有第二气阀115，位于所述红外光源121与红外探测器阵列之间，用于与气体收集装置相连，以获取待检测气体。
在上述实施例中，所述装置1还可以包括：数据显示模块14，设置于气体检测密封壳体11的壁面上，与数据处理模块13连接，用于显示气体成分和浓度。其中，所述数据显示模块14可以与数据处理模块13中的中央处理器133连接，用于显示气体成分和浓度。数据显示模块14可以包括显示屏。
在上述实施例中，所述装置1还可以包括：供电电源15，可以设置于所述气体检测密封壳体11的底板112的下表面，与红外光源121、红外探测器阵列、数据处理模块13和数据显示模块14分别连接。
所述气体检测密封壳体11的内壁上还可以设置导电柱116，供电电源15可以通过导电柱116与红外光源121电连接。
请同时参阅图1和图2，作为本实施例的一种优选的实施方式，所述气体检测装置1还可以包括表面增强红外吸收装置16，位于红外光源121与红外探测器阵列之间，所述表面增强红外吸收装置16包括：基板161以及基板上表面设置的金属纳米岛状膜162，所述金属纳米岛状膜162可以朝向红外光源121设置。
其中，基板161可以采用红外透过率为80％以上的材料制成。
本优选的实施方式的技术方案，通过在红外光源与滤光片之间设置表面增强红外吸收装置，利用金属纳米结构在红外光激发下引起的表面等离子体增强作用，提高待检测气体在金属纳米岛状膜表面的红外吸收光谱强度，可以提高红外气体传感器的探测灵敏度，从而提高气体检测装置的探测灵敏度。
在上述优选实施方式的基础上，所述表面增强红外吸收装置16可以与所述气体检测密封壳体11插接配合。
具体地，所述表面增强红外吸收装置16的基板161上还可以设置有插道163、卡道164、榫头165和推拉手柄166；相应地，所述气体检测密封壳体11的壁面上可以设置有插槽117a、卡槽117b、榫槽117c和嵌道117d，分别与表面增强红外吸收装置16中的插道163、卡道164、榫头165和基板161铰接配合。
操作过程中，利用推拉手柄166，可以实现所述表面增强红外吸收装置16与所述气体检测密封壳体11的插接配合。
实施例二
请参阅图3，为本发明实施例二提供的一种气体检测系统的结构示意图，所述系统包括：本发明任意实施例所提供的气体检测装置1、气体压缩装置2和气体收集装置3。
其中，所述气体压缩装置2与所述气体检测密封壳体11(如图1a所示)连接，用于对气体检测密封腔体111(如图1b所示)进行抽真空和压缩操作；气体收集装置3与所述气体检测密封壳体11连接，用于向气体检测密封腔体111供给待检测气体。
本实施例的技术方案，通过气体压缩装置对气体检测装置进行抽真空后，通过气体收集装置向气体检测密封腔体供给待检测气体，并通过气体压缩装置对气体检测密封腔体内的待检测气体进行压缩，利用气体检测装置中红外探测器阵列中至少两个探测单元分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、和滤光片阵列中对应的探测滤光片透射后的红外光，得到输出电压信号；通过红外探测器阵列中的参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、并经过参考滤光片透射后的红外光，得到参考电压信号；通过数据处理模块通过处理红外探测器阵列中至少两个探测单元的输出电压信号和参考芯片输出的参考电压信号，由于与红外探测器阵列各个探测单元对应设置的滤光片阵列单元具有不同的透光范围，因此能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度。
作为本实施例的一种优选的实施方式，请参阅图4a和图4b，所述气体压缩装置2可以包括：空桶21、活塞22、活塞轴23、活塞柄24、定位杆25和乳头26。
其中，空桶21用于盛放气体，空桶21的侧壁设置有一对定位孔27；活塞22、活塞轴23和活塞柄24设置在空桶21中。
活塞轴23靠近活塞柄24的一端设置有一对压缩位孔28，活塞轴23远离活塞柄24的一端设置有一对增大位孔29，所述压缩位孔28和增大位孔29与所述定位孔27相配合；所述定位杆25在插入所述定位孔27和压缩位孔28的状态下，控制所述气体压缩装置2的容气体积最小，从而实现了对气体检测密封腔体111(如图1b所示)内的待检测气体进行压缩；所述定位杆25在插入定位孔27和增大位孔29的状态下，控制所述气体压缩装置2的容气体积最大，从而实现了对气体检测密封腔体111进行抽真空。
乳头26位于所述空桶21的下表面，用于与所述气体成分检测装置1上设置的第一气阀114(如图1a所示)连通。
所述气体检测装置1中的气体检测密封壳体11还可以包括如图1a或图3所示的支架118，固定在所述气体检测密封壳体11的顶板113的上表面，用于支撑所述气体压缩装置2。
本优选实施方式的技术方案，通过气体压缩装置中的乳头和气体检测装置中的第一气阀，能够将气体压缩装置和气体检测装置连通，通过定位杆、定位孔、增大位孔和活塞的配合，能够对气体检测密封腔体内进行抽真空，通过定位杆、定位孔、压缩位孔和活塞的配合，能够对气体检测密封腔体内的待检测气体进行压缩。
优选地，所述气体检测装置1包括与气体检测装置1插接配合的表面增强红外吸收装置16，所述表面增强红外吸收装置16的具体结构可以如图2所示，利用金属纳米结构在红外光激发下引起的表面等离子体增强作用，提高待检测气体在金属纳米岛状膜162(如图2所示)表面的红外吸收光谱强度，可以提高红外气体传感器的探测灵敏度，从而提高气体检测装置的探测灵敏度。
请同时参阅图3和图5，进一步地，所述气体收集装置3可以包括：气嘴31、气袋壳体32和与气袋壳体32连接的第三气阀33，其中，所述气体收集装置3通过第三气阀33与气体检测装置1上设置的第二气阀115(如图1a所示)连接。其中气嘴31可拆卸。
换言之，通过气嘴31、气袋壳体32和与气袋壳体32连接的第三气阀33，可以实现待检测气体的收集，状态Ⅰ代表气袋壳体32充满待检测气体的状态；在此之后，关闭第三气阀33，并拆卸下气嘴31，通过将第三气阀33与气体检测装置1上设置的第二气阀115连接，能够将收集的气体供给到气体检测装置1中，具体地，可以供给到气体检测装置1的气体检测密封腔体111内，状态Ⅱ代表待检测气体供给过程中气袋壳体32的状态；在此之后，可以断开第三气阀33与第二气阀115的连接，并关闭第二气阀115，以进行对待检测气体进行压缩的操作。
实施例三
请参阅图6，为本发明实施例三提供的一种检测气体的方法，本实施例的方法可以通过本发明任意实施例所提供的气体检测装置执行。所述方法包括：
步骤610、将待检测气体注入气体检测密封腔体；
在本步骤中可以通过气体收集装置将待检测气体注入气体检测密封腔体，也可以通过气体收集装置和气体压缩装置，将气体收集装置收集的待检测气体在气体检测密封腔体内并压缩至特定体积。
步骤620、控制红外光源发出红外光；
在本步骤中，可以通过供电电源控制红外光源发出红外光。
步骤630、参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光；
步骤640、至少两个探测芯片分别探测由红外光源发出的、经气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光；
在本步骤中，优选地，红外探测器芯片阵列的至少两个探测芯片分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、表面增强红外吸收装置增强和对应的探测滤光片透射后的红外光，利用表面增强红外吸收装置中基板上的金属纳米岛状膜，可以提高待检测气体在金属纳米岛状膜表面的红外吸收光谱强度，从而提高红外气体传感器的探测灵敏度，进而提高气体检测装置的探测灵敏度。
需要说明的是，步骤630中通过参考芯片得到参考电压信号和步骤640中通过探测芯片得到输出电压信号的操作是独立进行的，也可以多路同时输出，本实施例对步骤630和步骤640的顺序不进行限定，只要能获得参考电压信号和各探测芯片的输出电压信号即可。
另外，也可以将参考芯片得到的参考信号预先存储在数据处理模块中，而在探测过程中，只需要通过探测芯片得到输出电压信号，从而数据处理模块处理所述参考信号和所述输出电压信号即可。
步骤650、数据处理模块分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
本实施例的技术方案，通过红外探测器阵列中至少两个探测单元分别探测由红外光源发出的、依次经过气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、和滤光片阵列中对应的探测滤光片透射后的红外光，得到输出电压信号；通过红外探测器阵列中的参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收、并经过参考滤光片透射后的红外光，得到参考电压信号；通过数据处理模块通过处理红外探测器阵列中至少两个探测单元的输出电压信号和参考芯片输出的参考电压信号，由于与红外探测器阵列各个探测单元对应设置的滤光片阵列单元具有不同的透光范围，因此能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分和浓度。
在本实施例的基础上，在步骤610之前，还可以包括对气体检测密封腔体进行抽真空的操作。
最后，需要说明的是，上述各实施例的技术方案，能够检测包含多种气体成分的混合气体的成分，因此在呼出气体检测及细菌检测和大气环境污染气体检测等领域具有潜在的应用价值。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种气体检测装置，其特征在于，包括：
气体检测密封壳体，其中形成有气体检测密封腔体；
红外气体传感器，设置在所述气体检测密封腔体内；所述红外气体传感器包括顺序设置的红外光源和红外探测器阵列，所述红外探测器阵列包括：滤光片阵列和与所述滤光片阵列对应设置的红外探测器芯片阵列，所述滤光片阵列设置于红外光源和所述红外探测器芯片阵列之间；所述滤光片阵列包括至少三个滤光片单元，所述至少三个滤光片单元具有不同的红外光透射波长，包括一个参考滤光片和至少两个探测滤光片；红外探测器芯片阵列包括一个参考芯片和至少两个探测芯片，其中，参考芯片与参考滤光片对应设置，所述参考芯片用于探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光，所述至少两个探测芯片用于分别探测由红外光源发出的、经气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光，以探测至少两种气体成分；
数据处理模块，与所述红外探测器阵列连接，用于分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
表面增强红外吸收装置，位于红外光源与红外探测器阵列之间，所述表面增强红外吸收装置包括：基板以及基板上表面设置的金属纳米岛状膜，用于提高待检测气体在金属纳米岛状膜表面的红外吸收光谱强度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述表面增强红外吸收装置与所述气体检测密封壳体插接配合。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述表面增强红外吸收装置的基板上还设置有插道、卡道、榫头和推拉手柄；
所述气体检测密封壳体的壁面上设置有插槽、卡槽、榫槽和嵌道，分别与表面增强红外吸收装置中的插道、卡道、榫头和基板铰接配合。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述红外光源固定在所述气体检测密封壳体的顶板的下表面，发射面向下设置；
所述红外探测器阵列包括微机电系统MEMS红外探测器阵列，所述红外探测器阵列通过探测器封装引脚固定在所述气体检测密封壳体的底板的上表面，且与所述红外光源的发射面相互对准；
所述气体检测密封壳体上设置有第一气阀，用于与气体压缩装置相连，以进行抽真空和压缩操作；
所述气体检测密封壳体上设置有第二气阀，位于所述红外光源与红外探测器阵列之间，用于与气体收集装置相连，以获取待检测气体。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：
放大滤波电路，设置于所述气体检测密封壳体的底板的下表面，与所述红外探测器阵列连接；
模数转换电路，设置于所述底板的下表面，与放大滤波电路连接；
中央处理器，设置于所述底板的下表面，与模数转换电路连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
数据显示模块，设置于气体检测密封壳体的壁面上，与数据处理模块连接，用于显示气体成分和浓度。
8.一种气体检测系统，其特征在于，包括：
权利要求1-7任一所述的气体检测装置；
气体压缩装置，与所述气体检测密封壳体连接，用于对气体检测密封腔体进行抽真空和压缩操作；
气体收集装置，与所述气体检测密封壳体连接，用于向气体检测密封腔体供给待检测气体。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：
所述气体压缩装置包括：空桶、活塞、活塞轴、活塞柄、定位杆和乳头；空桶用于盛放气体，空桶的侧壁设置有一对定位孔；活塞、活塞轴和活塞柄设置在空桶中；活塞轴靠近活塞柄的一端设置有一对压缩位孔，活塞轴远离活塞柄的一端设置有一对增大位孔，所述压缩位孔和增大位孔与所述定位孔相配合；所述定位杆在插入所述定位孔和压缩位孔的状态下，控制所述气体压缩装置的容气体积最小，在插入定位孔和增大位孔的状态下，控制所述气体压缩装置的容气体积最大；乳头位于所述空桶的下表面，用于与所述气体成分检测装置上设置的第一气阀连通；
所述气体收集装置包括：气嘴、气袋壳体和与气袋壳体连接的第三气阀，所述气体收集装置通过第三气阀与气体成分检测装置上设置的第二气阀连接。
10.一种利用权利要求1-7任一所述的气体检测装置检测气体的方法，其特征在于，包括：
将待检测气体注入气体检测密封腔体；
控制红外光源发出红外光；
参考芯片探测由红外光源发出的、不被气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并经过参考滤光片透射后的红外光；
至少两个探测芯片分别探测由红外光源发出的、经气体检测密封腔体内的待检测气体吸收，并分别经过对应的探测滤光片透射后的红外光；以及
数据处理模块分别处理所述红外探测器阵列中各红外探测器芯片的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度。
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