CN104251859A - 一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法，其中气体检测分析仪包括被测气体试纸或试剂和智能终端；所述被测气体试纸或试剂为显色试纸或试剂，其包括能与被测气体发生显色反应的化学物质成分，所述被测气体试纸或试剂用于与被测气体接触后发生显色变化，其变化程度与被测气体的浓度成正比。本发明通过采用智能终端的摄像采集功能以及图像的分析对比功能，实现了对被测气体浓度的检测，其操作方式简单，检测精度更加准确。

Description

一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及到一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法的设计。

背景技术

随着近年来社会经济的飞速进步，环境问题日益突出，有害气体如：VOC、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、氯乙烯单体、苯乙烯、氨、氡等，对人民的健康及生存环境存在极大地危害，并且这一危害将呈现长期化、持续化的趋势，因此气体的检测分析在这一背景下显得尤为重要和必要。

专业气体检测包括以下几种方法：1.电化学法：电化学法是一种基于化学反应中产生的电流、电量、电位的变化来定量分析反应体系中气体浓度的方法，电化学传感器结构比较简单，成本比较低，其中高质量的产品性能稳定，测量范围和分辨率基本能达到室内环境检测的要求，但缺点是所受干扰物质多，精确度不高，且由于电解质与被测气体发生不可逆化学反应而被消耗，故其工作寿命一般比较短。2.气相色谱法：色谱具有强大的分离效能，不易受外界干扰，可对复杂气体组分的检测，具有灵敏度高、定量准确、抗干扰性强的特点。3.光学传感器：光学传感器选择性很高，但价格昂贵，体积较大，稳定性差，缺乏实用性，不利于大规模的广泛应用。4.分光光度法：当被测气体分子扩散到吸收介质（试纸或试剂）表面上时，与介质中灵敏的显色剂发生显色反应，显色剂的色阶变化与空气中的被测气体浓度成正比，可以通过与标准比色卡的对比得出被测气体浓度，分光光度法操作简便，灵敏度高，较适合测定微量气体。

目前家庭常用的被测气体检测手段有两种：第一种被测气体检测手段是委托室内被测气体检测机构进行测试，室内被测气体检测机构测量价格比较昂贵，如果需要在不同的时间段、不同位置多次检测时，累加的测试价格使普通家庭难以承受，因此不适合广泛使用。第二种被测气体检测手段是使用经济实惠的被测气体试纸或试剂，不需要大型仪器设备即可完成检测，具有制作成本低、操作简便等优点。但被测气体试纸或试剂检测方法存在以下两个明显的问题：1、可测试浓度值过少，且浓度值间隔很大；2.个体判断比色方法标准不严：目前通常是通过不同用户个体的肉眼将被测气体试纸或试剂与标准比色卡对比判断被测气体浓度，而由于被测气体浓度相差不大时，标准比色卡中的代表不同被测气体浓度的色柱颜色相差细微，肉眼观测存在较大个体差异性，进一步减小了被测气体浓度判定的准确度。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前室内常用的被测气体检测手段所存在的不足，尤其是室内被测气体检测机构测试价格昂贵、被测气体试纸或试剂测试方法个体判断标准不严的不足，提供了一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于智能终端的气体检测分析仪，包括被测气体试纸或试剂和智能终端；所述被测气体试纸或试剂为显色试纸或试剂，其包括能与被测气体发生显色反应的化学物质成分，所述被测气体试纸或试剂用于与被测气体接触后发生显色变化，其变化程度与被测气体的浓度成正比；

所述智能终端包括：摄像采集模块、感光模块、处理器模块以及显示模块；所述摄像采集模块与感光模块连接，用于采集被测气体试纸或试剂发生显色反应的图像，并将图像传输至感光模块；所述感光模块用于获取所述图像中的图像颜色信息，并将所述图像颜色信息传输至处理器模块；所述处理器模块用于分析和比对所述感光模块传输的图像颜色信息，并输出判定结果至显示模块；所述显示模块用于显示被测气体的浓度。

进一步的，所述处理器模块包括：色彩读取单元、数据库单元、色彩分析比对单元以及气体浓度反演单元，所述色彩读取单元用于获取所述感光模块传输的图像颜色信息中的像素颜色值，所述数据库单元中预存了用于比对的图像颜色信息，所述色彩分析比对单元通过调用数据库单元中预存的用于比对的图像颜色信息与色彩读取单元传输的像素颜色值进行分析和比对，用于确定与色彩读取单元传输的像素颜色值与数据库单元中预存的图像颜色信息最为接近的图像颜色信息，所述气体浓度反演单元通过最为接近的用于比对的图像颜色信息和调用气体浓度反演单元中存放的与数据库单元中的预存的用于比对的图像颜色信息对应的气体浓度值，用于获取被测气体的浓度。

进一步的，所述智能终端还包括通信模块，所述通信模块与处理器模块连接，用于将测得的气体浓度信息上传至外部远程服务器中。

进一步的，所述感光模块采用CCD图像传感器或CMOS图像传感器实现。

进一步的，所述摄像采集模块至少包括一个摄像头。

进一步的，所述显示模块采用液晶显示器。

一种基于智能终端的气体检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1：将被测气体试纸或试剂放置于待测气体存在的空间中，按照被测气体试纸或试剂的使用方法与待测气体发生显色反应，在发生显色反应后，将被测气体试纸或试剂放置在空气中静置到颜色不再发生变化；

步骤2：对发生显色反应后改变颜色的被测气体试纸或试剂进行图像采集；

步骤3：利用位图的数据流得到所采集到的图像中被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值；

步骤4：对所述步骤3中获得的像素的颜色值与数据库中预存的图像颜色信息进行比对分析，得到数据库中与被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值最为接近的图像颜色信息；

步骤5：对所述步骤4中得到的最为接近的图像颜色信息进行气体浓度反演，再通过查表法将图像颜色信息转换为被测气体浓度信息；

步骤6：对所述步骤5中所获得的被测气体浓度信息进行显示。

进一步的，所述步骤2之前还包括：对当前光照环境进行校准，设定此时进入摄像头模块的白纸的颜色为标准的白色。

本发明的有益效果：本发明一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法，结合了方便快捷的移动互联网和低成本、易操作的被测气体试纸或试剂各自的优势，可随时随地监测被测气体浓度信息，灵活性与准确性显著增强，使整体被测气体检测功能变得更加丰富和强大；用户只需要启动智能终端，利用摄像头模块将被测气体试纸或试剂的颜色信息输入至智能终端内部，通过中央处理器的分析处理后再将被测气体浓度信息显示给用户，有效解决了利用肉眼观测被测气体试纸或试剂存在个体对颜色鉴别的较大差别性,提高了检测的精度，也解决了被测气体试纸或试剂可测试浓度值过少并间隔很大的问题，检测结果可发至远程服务器，供用户之间的数据共享与广泛交流，并可提供网上评价与订购试纸或试剂等增值服务。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于智能终端的气体检测分析仪的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种基于智能终端的气体检测方法的流程框图；

其中：被测气体试纸或试剂1、智能终端2、、智能终端中的摄像采集模块21、感光模块22、处理器模块23、色彩读取单元231、数据库单元232、色彩分析比对单元233、气体浓度反演单元234、显示模块24、通信模块25、远程服务器3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示是本发明提供的一种基于智能终端的气体检测分析仪的结构示意图，其包括被测气体试纸或试剂1和智能终端2；所述被测气体试纸或试剂1为显色试纸或试剂，其包括能与被测气体发生显色反应的化学物质成分，所述被测气体试纸或试剂1用于与被测气体接触后发生显色变化，其变化程度与被测气体的浓度成正比；

所述智能终端2包括：摄像采集模块21、感光模块22、处理器模块23以及显示模块24；所述摄像采集模块21与感光模块22连接，用于采集被测气体试纸或试剂发生显色反应的图像，并将图像传输至感光模块22；所述感光模块22用于获取所述图像中的图像颜色信息，并将所述图像颜色信息传输至处理器模块23；所述处理器模块23用于分析和比对所述感光模块22传输的图像颜色信息，并输出判定结果至显示模块24；所述显示模块24用于显示被测气体的浓度。

其中，所述处理器模块23包括：色彩读取单元231、数据库单元232、色彩分析比对单元233以及气体浓度反演单元234，所述色彩读取单元231用于获取所述感光模块22传输的图像颜色信息中像素颜色值，所述数据库单元232中预存了用于比对的图像颜色信息，所述色彩分析比对单元233通过调用数据库单元232中预存的用于比对的图像颜色信息与色彩读取单元231传输的像素颜色值进行分析和比对，用于确定与色彩读取单元231传输的像素颜色值与数据库单元232中预存的图像颜色信息最为接近的图像颜色信息，所述气体浓度反演单元234通过最为接近的用于比对的图像颜色信息和调用气体浓度反演单元234中存放的与数据库单元232中的预存的用于比对的图像颜色信息对应的气体浓度值，用于获取被测气体的浓度。同时，本发明一种基于智能终端的气体检测分析仪还可包括通信模块25，所述通信模块25与处理器模块23连接，用于将测得的气体浓度信息上传至外部远程服务器3中。

本发明一种基于智能终端的气体检测分析仪通过针对目前被测气体分析手段的现状，采用可移动、可便携的气体分析仪可以提供更为便捷和重要的解决方案，随着3G乃至4G时代的到来和智能终端的普及，就普及率及使用率而言，使用智能终端实现可移动、可便携的被测气体分析仪是最佳的选择方案，同时方便快捷的移动互联网应用也可使被测气体检测功能变得更加丰富和强大，用户只需要启动智能终端的被测气体检测模块，被测气体检测模块利用摄像头将代表被测气体浓度的颜色信息输入至智能终端内部，通过分析处理后将即可将被测气体浓度信息显示给用户，有效地解决了利用肉眼观测被测气体试纸或试剂存在个体对颜色鉴别的较大差别性的问题，也解决了被测气体试纸或试剂可测试浓度值过少并间隔很大的问题，并可提供用于用户之间的广泛交流、网上订购试纸或试剂等增值服务。

所述被测气体试纸或试剂1可分为被测气体试纸和被测气体试剂两种测试途径。被测气体试纸存在两种使用方式，取决于被测气体试纸的制作方法与成分：第一种方式为使用以多孔载体膜为界面的被测气体试纸，空气中的被测气体可以直接扩散进入多孔载体膜中，与可以和被测气体发生显色反应的化学物质成分反应，使试纸的颜色发生变化；第二种方式是将被测气体试纸用水润湿，再与含有被测气体的空气接触，当被测气体与可以和被测气体发生显色反应的化学物质成分反应后，试纸的颜色发生变化。被测气体试剂的使用方式比较简单，直接放置于被测试处与含有被测气体的空气接触即可。

如图2所示为本发明提供的一种基于智能终端气体检测方法的流程示意图，其具体包括如下步骤：

步骤1：将被测气体试纸或试剂放置于待测气体存在的空间中，按照被测气体试纸或试剂的使用方法与待测气体发生显色反应，在发生显色反应后，将被测气体试纸或试剂放置在空气中静置到颜色不再发生变化；

步骤2：对发生显色反应后改变颜色的被测气体试纸或试剂进行图像采集；

步骤3：利用位图的数据流得到所采集到的图像中被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值；

步骤4：对所述步骤3中获得的像素的颜色值与数据库中预存的图像颜色信息进行比对分析，得到数据库中与被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值最为接近的图像颜色信息；

步骤5：对所述步骤4中得到的最为接近的图像颜色信息进行气体浓度反演，再通过查表法将图像颜色信息转换为被测气体浓度信息；

步骤6：对所述步骤5中所获得的被测气体浓度信息进行显示。

其中，所述步骤2之前还包括：对当前光照环境进行校准，设定此时进入摄像头模块的白纸的颜色为标准的白色，但是在颜色精度要求不高的情况下，此步骤也可省略。

为了本领域普通技术人员能够理解并且实施本发明的技术方案，下面结合具体的工作过程对本发明一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法作进一步详细描述：

一种基于智能终端的气体检测分析仪，包括被测气体试纸或试剂1、智能终端2、智能终端中的摄像采集模块21、感光模块22、处理器模块23、色彩读取单元231、数据库单元232、色彩分析比对单元233、气体浓度反演单元234、显示模块24、通信模块25、以及和智能终端2的通信模块25无线互联的远程服务器3，其中，所述摄像采集模块21包括一个摄像头和其外围接口电路，所述感光模块22采用CCD图像传感器实现；

首先用户将被测气体试纸或试剂1放置与待测空间中，空气中的被测气体分子与被测气体试纸或试剂1中灵敏的显色剂发生显色反应，显色剂的色阶变化与空气中的被测气体浓度成正比，经过一段反应时间，反应时间通常为10-20分钟，等到色阶变化基本稳定，用户在智能终端2上启动被测气体探测模块进入工作状态，通过智能终端2的摄像头对一张白纸实时拍照，以校准由于光照环境的不同导致的细微色差，设定此时进入摄像头的颜色为标准的白色，在对颜色精度要求不高的场合，此步骤可以跳过；之后利用摄像采集模块中的摄像头对发生显色反应后改变颜色的被测气体试纸或试剂1实时拍照，利用智能终端内部的感光模块22获得图像颜色信息，并将图像颜色信息送入智能终端的处理器模块23，处理器模块23中的色彩读取模块231利用位图的数据流可以得到图像中被测气体试纸或试剂1处的像素的颜色值，之后通过色彩分析比对模块233将被测气体试纸或试剂1处的像素的颜色值与智能终端内的数据库单元232中预存的图像颜色信息相比对，得到数据库单元232中与被测气体试纸或试剂1处的像素的颜色值最为接近的图像颜色信息，而气体浓度反演模块234中存有数据库232中的图像颜色信息与被测气体浓度信息之间的一一对应关系，因此数据库232中的图像颜色信息进入气体浓度反演模块234后可以通过查表法将图像颜色信息转换为被测气体浓度信息，最后处理器模块23将气体浓度反演模块234输出的被测气体浓度信息送入显示模块24，以显示当前环境的被测气体浓度值，用户可以利用智能终端的显示模块24读出当前环境的被测气体浓度值，并且可将被测气体浓度值通过通信模块25发送至和无线互联的远程服务器3，用于和其他用户数据共享和广泛交流。以上内容为气体检测分析仪实现功能的具体过程与主要功能，在实际的应用中也可包括被测气体浓度数据统计、被测气体浓度危害性提示等等一系列的附加功能，也可提供网上评价与订购不同种类的被测气体试纸或试剂1等增值服务。

下面将结合一具体的实施方式对本发明一种基于智能终端的气体检测分析仪及检测方法做详细说明：

所述被测气体为甲醛，所述智能终端为智能手机，所述被测气体试纸或试剂为能够与甲醛发生显色反应的试纸或试剂，这种试纸或试剂含有羟胺盐和颜色指示剂,所述羟胺盐可以为硫酸羟胺，所述颜色指示剂可以为间胺黄，用户将甲醛气体试纸或试剂放置与含有甲醛的气体通过时，甲醛分解羟胺盐产生酸，如硫酸，使颜色指示剂发生变化，其颜色变化程度与甲醛浓度成正比。

其具体的操作步骤为：

步骤1：开启智能手机，进入甲醛气体检测；

步骤2：选择目前所在的室内甲醛探测地点，可包括但不局限于以下地点：卧室、客厅、办公室、汽车内部环境等；

步骤3：将智能手机的摄像头模块对准一张白纸，对当前光照环境进行校准，设定此时进入摄像头模块的颜色为标准的白色；

步骤4：将智能手机的摄像头模块对准检测后改变颜色的甲醛试纸或试剂，进行室内甲醛浓度检测，检测过程包括对图像颜色信息的提取、分析、对比，最后确定甲醛气体浓度；

步骤5：智能终端的显示模块显示当前环境的甲醛气体浓度值；

步骤6：如需重新检测室内甲醛气体浓度，则重复步骤2-5；如不需重新检测室内甲醛气体浓度，则退出甲醛气体检测过程。

在实际的应用中，所述被测气体除了可以为甲醛这种有害气体，还可以是苯、氨气、硫化气体等有害气体，其中所述被测气体试纸或试剂应包含能够与对应的被测气体发生显色反应的物质成分，在本发明实施方案中仅以甲醛为例，但本发明申请方案的保护范围不受次限制。

Claims (8)

1.一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，包括被测气体试纸或试剂和智能终端；所述被测气体试纸或试剂为显色试纸或试剂，其包括能与被测气体发生显色反应的化学物质成分，所述被测气体试纸或试剂用于与被测气体接触后发生显色变化，其变化程度与被测气体的浓度成正比；

所述智能终端包括：摄像采集模块、感光模块、处理器模块以及显示模块；所述摄像采集模块与感光模块连接，用于采集被测气体试纸或试剂发生显色反应的图像，并将图像传输至感光模块；所述感光模块用于获取所述图像中的图像颜色信息，并将所述图像颜色信息传输至处理器模块；所述处理器模块用于分析和比对所述感光模块传输的图像颜色信息，并输出判定结果至显示模块；所述显示模块用于显示被测气体的浓度。

2.如权利要求1所述的一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，所述处理器模块包括：色彩读取单元、数据库单元、色彩分析比对单元以及气体浓度反演单元，所述色彩读取单元用于获取所述感光模块传输的图像颜色信息中的像素颜色值，所述数据库单元中预存了用于比对的图像颜色信息，所述色彩分析比对单元通过调用数据库单元中预存的用于比对的图像颜色信息与色彩读取单元传输的像素颜色值进行分析和比对，用于确定与色彩读取单元传输的像素颜色值与数据库单元中预存的图像颜色信息最为接近的图像颜色信息，所述气体浓度反演单元通过最为接近的用于比对的图像颜色信息和调用气体浓度反演单元中存放的与数据库单元中的预存的用于比对的图像颜色信息对应的气体浓度值，用于获取被测气体的浓度。

3.如权利要求1所述的一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，所述智能终端还包括通信模块，所述通信模块与处理器模块连接，用于将测得的气体浓度信息上传至外部远程服务器中。

4.如权利要求1至3任一项权利要求所述的一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，所述感光模块采用CCD图像传感器或CMOS图像传感器实现。

5.如权利要求1至3任一项权利要求所述的一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，所述摄像采集模块至少包括一个摄像头。

6.如权利要求1至3任一项权利要求所述的一种基于智能终端的气体检测分析仪，其特征在于，所述显示模块采用液晶显示器。

7.一种基于智能终端的气体检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：将被测气体试纸或试剂放置于待测气体存在的空间中，按照被测气体试纸或试剂的使用方法与待测气体发生显色反应，在发生显色反应后，将被测气体试纸或试剂放置在空气中静置到颜色不再发生变化；

步骤2：对发生显色反应后改变颜色的被测气体试纸或试剂进行图像采集；

步骤3：利用位图的数据流得到所采集到的图像中被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值；

步骤4：对所述步骤3中获得的像素的颜色值与数据库中预存的图像颜色信息进行比对分析，得到数据库中与被测气体试纸或试剂处的像素的颜色值最为接近的图像颜色信息；

步骤5：对所述步骤4中得到的最为接近的图像颜色信息进行气体浓度反演，再通过查表法将图像颜色信息转换为被测气体浓度信息；

步骤6：对所述步骤5中所获得的被测气体浓度信息进行显示。

8.如权利要求7所述的一种基于智能终端的气体检测方法，其特征在于，所述步骤2之前还包括：对当前光照环境进行校准，设定此时进入摄像头模块的白纸的颜色为标准的白色。