CN104965003A - 一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统，由传感器端部分和主机端部分组成；传感器端部分至少包括一路敏感单元，每路敏感单元包括设置在检测腔体内的一个气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器；主机端部分包括上位机、下位机、加热驱动模块和A/D模块；加热驱动模块为气体传感器加热；气体传感器检测信号通过A/D模块转换为数字信号输入下位机；数字温度和湿度传感器采集的温度、湿度数据通过数据总线输入下位机。本系统体积小，操作简明，检测价格低，检测精度高，响应时间短，实时性好，稳定性好，便于携带，可用于多领域的VOCs的检测。

Description

一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统

技术领域

本发明涉及一种有害气体检测系统，特别是针对肺癌呼出气体中主成份VOCs的微痕量特定目标物的检测。

背景技术

目前，气体检测方法主要有滴定或者紫外吸收比色法、气相色谱质谱联用技术等。前两种方法都受到仪器或者场地的限制，一般用于实验室检测，气相色谱质谱联用技术操作复杂、设备昂贵、检测周期长，无法实现在线测量，其应用受到了很大的限制，与电子鼻类似的卟啉传感器能够实现无创快捷的在线测量，但其检测过程容易受到干扰，难以达到较高的识别精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种操作简明，检测价格低，检测精度高，实时性好，稳定性好，便携式的基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统，该系统由传感器端部分和主机端部分组成；

所述传感器端部分至少包括一路敏感单元，每路敏感单元包括一个气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器；每路敏感单元对应一个通VOCs气体的检测腔体，每路敏感单元的气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器设置在对应的一个检测腔体内；

所述主机端部分包括上位机、下位机、加热驱动模块和A/D模块；所述下位机控制加热驱动模块为每路敏感单元中的气体传感器加热；所述气体传感器检测的气体浓度对应的电压值通过A/D模块转换为数字信号并通过下位机传至上位机；所述数字温度和湿度传感器采集的温度、湿度数据通过下位机经数据总线传至上位机；所述下位机为MCU，所述上位机为嵌入式计算机系统，下位机和上位机通过通讯端口进行连接。

作为本发明的一种优选方案，该系统还包括VOCs混合气体气囊、氮气气缸、直动气阀、气泵Ⅰ、多通气阀和气泵Ⅱ，所述VOCs混合气体气囊和氮气气缸分别通过阀门与直动气阀的进气口连接，所述直动气阀的出气口与气泵Ⅰ的进气口连接，所述气泵Ⅰ的出气口与至少一个检测腔体的进气口连接，每个检测腔体的出气口与多通气阀的一个进气口连接，所述多通气阀的出气口与气泵Ⅱ的进气口连接。

与现有技术相比，本发明具有如下技术优点：

1、本系统由传感器端部分和主机端部分组成，体积小，方便携带；依靠气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器进行检查，检测精度高，响应时间短，可用于多领域的VOCs的检测。

2、下位机主要实现加热温度控制、温湿度检测等功能，下位机与上位机实现气体检测数据、温湿度修正检测参数等的上传，以及上位机人机交互采样控制参数的下送，操作简明，检测价格低，实时性好，稳定性好。

附图说明

图1为基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统的结构框图；

图2为四线式传感器内部结构图；

图3为数据采集部分系统图；

图4为气体检测系统的硬件框图；

图5为A/D模块转换软件流程图

图6为下位机采集数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统，该系统由传感器端部分和主机端部分组成，两者之间通过电缆连接。

传感器端部分至少包括一路敏感单元，在本实施例中，传感器端部分最多可并行容纳独立的六路敏感单元，每路敏感单元包括一个气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器。每路敏感单元对应一个通VOCs气体的检测腔体，每路敏感单元的气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器设置在对应的一个检测腔体内。

气体传感器采用四线式传感器，四线式传感器的内部结构如图2所示，电源对电阻丝供电，电阻丝对接收气体的敏感器件加热，敏感器件输出气体浓度电压值。

主机端部分包括上位机、下位机、加热驱动模块和A/D模块。下位机控制加热驱动模块为每路敏感单元中的气体传感器加热，气体传感器检测的气体浓度对应的电压值通过A/D模块转换为数字信号并通过下位机传至上位机；按气体传感器应用要求，主机端为每个传感器单元提供相应的加热驱动控制，并从检测回路中取得目标气(甲苯、甲醛和丙酮)成份数据，成份数据经A/D模块输入下位机中。下位机控制数字温度和湿度传感器，将采集的温度、湿度数据通过数据总线输入上位机，传感器端的数字温度和湿度传感器采用高温型温湿度传感器，与气体传感器安装在同一位置，按应用要求，测出温度、湿度数据，作为结算成份的修正因子输入上位机中。下位机为MCU，主要实现加热温度控制、温湿度检测等功能。上位机为嵌入式计算机系统，下位机和上位机通过通讯端口进行连接，实现气体检测数据、温湿度修正检测参数上传，以及上位机人机交互采样控制参数的下送。

上位机接收下位机传输的成份数据、温湿度修正参数数据后，能够实现数据预处理，并根据传感器特性，通过信号处理和模式识别算法进行解算，调用上位机数据库中有关传感器特性参数曲线、算法参数，还原得到目标物浓度数据。主机端上位机具有人机界面友好的主机软件，操作者能通过该软件设定气体采样参数如气体传感器检测控制温度、检测时间间隔等，并能将检测结果以数字或图表方式显示给操作者。上位机检测结果以数据文件形式保存在主机端的SD卡中，整个系统采用大容量锂电池供电。

该系统还包括VOCs混合气体气囊、氮气气缸、直动气阀、气泵Ⅰ、多通气阀和气泵Ⅱ，如图3所示。VOCs混合气体气囊和氮气气缸分别通过阀门与直动气阀的进气口连接，直动气阀的出气口与气泵Ⅰ的进气口连接，气泵Ⅰ的出气口与至少一个检测腔体的进气口连接，每个检测腔体的出气口与多通气阀的一个进气口连接，多通气阀的出气口与气泵Ⅱ的进气口连接。

使用如图3所示的系统时，首先开启氮气气缸，关闭VOCs混合气体气囊，氮气通过直动气阀和气泵进入多路气体传感器端，排出管道和检测腔体内的空气；然后再关闭氮气气缸，开启VOCs混合气体气囊，VOCs混合气体通过直动气阀和气泵进入多路气体传感器端，#1.甲苯传感器温湿度传感器、#2.甲醛传感器温湿度传感器和#3.丙酮传感器温湿度传感器分别检测VOCs混合气体中的甲苯、甲醛和丙酮成份数据，成份数据经A/D模块输入下位机中。

图4为气体检测系统的硬件框图，图5为A/D模块转换软件流程图，图6为下位机数据采集软件流程图。该基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统具有体积小，检测精度高，响应时间短，可用于多领域的VOCs检测的优点。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统，其特征在于：该系统由传感器端部分和主机端部分组成；

所述传感器端部分至少包括一路敏感单元，每路敏感单元包括一个气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器；每路敏感单元对应一个通VOCs气体的检测腔体，每路敏感单元的气体传感器以及一个数字温度和湿度传感器设置在对应的一个检测腔体内；

所述主机端部分包括上位机、下位机、加热驱动模块和A/D模块；所述下位机控制加热驱动模块为每路敏感单元中的气体传感器加热；所述气体传感器检测的气体浓度对应的电压值通过A/D模块转换为数字信号并通过下位机传至上位机；所述数字温度和湿度传感器采集的温度、湿度数据通过下位机经数据总线传至上位机；所述下位机为MCU，所述上位机为嵌入式计算机系统，下位机和上位机通过通讯端口进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于四线式传感器的微痕量VOCs气体检测系统，其特征在于：还包括VOCs混合气体气囊、氮气气缸、直动气阀、气泵Ⅰ、多通气阀和气泵Ⅱ，所述VOCs混合气体气囊和氮气气缸分别通过阀门与直动气阀的进气口连接，所述直动气阀的出气口与气泵Ⅰ的进气口连接，所述气泵Ⅰ的出气口与至少一个检测腔体的进气口连接，每个检测腔体的出气口与多通气阀的一个进气口连接，所述多通气阀的出气口与气泵Ⅱ的进气口连接。