CN106370793A - 可挥发有机污染物探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可挥发有机污染物探测装置，所述装置采用基于声表面波技术的传感器作为探测器，四个探测器的信号通过同轴线缆传输给多路复用器，单片机控制多路复用器的通道切换，经过多路复用器选择的信号传给频率计数器，频率计数器输出探测器的频率信息经过计算机处理后，获得探测器的频率信号相对于探测器中心稳定频率的变化，进而得到可挥发有机污染物的吸附浓度。本装置的探测器中的敏感膜饱和后，可采用酒精冲洗解除敏感膜的表面吸附，敏感膜能够重复使用。本发明的可挥发有机污染物探测装置能够实现对污染物分窗口实时监测，测量精度高。
Description
技术领域
本发明属于仪器科学领域，具体涉及一种可挥发有机污染物探测装置。
背景技术
在大型高功率激光装置中，不可避免的要采用橡胶密封圈和润滑油等有机产品，进而产生可挥发性有机污染物(Volatile organic compounds, VOCs)。由于激光通量高，大型高功率激光装置对系统各组件都有着较高的洁净要求，污染物控制水平与整个装置的激光运行通量直接相关，影响着最终的实验结果。
目前，监测VOCs的方法通常是人工收集样品，再到实验室进行分析。这种离线测量方法价格昂贵，此外离线测量需要时间较长，在收集、运输以及储存样品过程中，样品的完整性会大打折扣。用现有的技术来探测和分析VOCs时，几乎没有能够提供实时、连续、长期监测的系统可以用于原位测量。目前,检测和分析痕量VOCs的常规技术为气相色谱法(GC)，基于GC的VOCs气体检测方法灵敏度高，选择性好，但是这些方法所需仪器昂贵、体积大、分析复杂、操作繁琐、耗时久，难以满足现场快速监测分析的需要。用于VOCs监测的方法还有红外分光光度法(IRSP)和非色散红外分析法(NDIR)，但这2种方法灵敏度除受红外光束传播路径长度限制外，还受人员走动等干扰因素影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可挥发有机污染物探测装置。
本发明的可挥发有机污染物探测装置，其特点是，该可挥发有机污染物探测装置包括电源、探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ、多路复用器、单片机、频率计数器和计算机；
所述的探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ并联后与多路复用器和频率计数器串联；所述的单片机控制多路复用器的选择开关，频率计数器的信号传输至计算机；所述的电源为探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ和多路复用器供电。
所述的电源有两路稳压源，一路为模拟电路电源，为探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ供电；另一路为数字电路电源，为多路复用器供电。
所述的探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ为型号相同的声表面波敏感器件，器件的敏感膜为溶胶凝胶氧化硅薄膜。
所述的多路复用器的选通时间间隔为1s~15s。
所述的频率计数器通过以太网与计算机通讯，单片机与计算机的通讯方式为串口通讯。
本发明的可挥发有机污染物探测装置的电源用于提供稳定的电压，探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ、探测器Ⅳ用于对污染物进行探测，探测信号传输给多路复用器，多路复用器受单片机的控制对四个探测器的信号进行选通，实现对四个探测器的分时监控，经过多路复用器选择的探测信号传输给频率计数器，频率计数器将探测信号转换为相应的频率值信号，再将频率值信号传输给计算机。
本发明的工作过程如下：
a.将完成标定的探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ和探测器Ⅳ分别完成标定后，放置在待测环境中；
b.由于探测器件敏感膜的吸附作用，可挥发有机污染物吸附在探测器上；
c.由于可挥发有机污染物的吸附，探测器的频率信号发生改变；
d.四个探测器的频率信号传输给多路复用器；
e.多路复用器选通探测器，实现对四个探测器的分时监控；
f.频率计数器接收多路复用器选通的探测信号并转换为频率信号，发送给计算机；
g.计算机处理获得探测器的频率信号相对于探测器的中心稳定频率的变化，进而得到可挥发有机污染物的浓度。
本发明的可挥发有机污染物探测装置中的敏感膜饱和后，可采用酒精冲洗解除表面吸附，敏感膜能够重复使用。本发明的可挥发有机污染物探测装置采用一拖四结构，即一台装置带有四个探测器，可以实现多点测量，能够对污染物实时监测，测量精度高。
附图说明
图1为本发明的可挥发有机污染物探测装置的结构示意图；
图中，1.电源 2.探测器Ⅰ 3.探测器Ⅱ 4.探测器Ⅲ 5.探测器Ⅳ 6.多路复用器 7.单片机 8.频率计数器 9.计算机。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明。
以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
如图1所示，本发明的可挥发有机污染物探测装置，包括电源1、探测器Ⅰ2、探测器Ⅱ3、探测器Ⅲ4、探测器Ⅳ5、多路复用器6、单片机7、频率计数器8和计算机9；
所述的探测器Ⅰ2、探测器Ⅱ3、探测器Ⅲ4、探测器Ⅳ5并联后与多路复用器6和频率计数器8串联；所述的单片机7控制多路复用器6的选择开关，频率计数器8的信号传输至计算机9；所述的电源1为探测器Ⅰ2、探测器Ⅱ3、探测器Ⅲ4、探测器Ⅳ5和多路复用器6供电。
所述的电源1有两路稳压源，一路为模拟电路电源，为探测器Ⅰ2、探测器Ⅱ3、探测器Ⅲ4、探测器Ⅳ5供电；另一路为数字电路电源，为多路复用器6供电。
所述的探测器Ⅰ2、探测器Ⅱ3、探测器Ⅲ4、探测器Ⅳ5为型号相同的声表面波敏感器件，器件的敏感膜为溶胶凝胶氧化硅薄膜。
所述的多路复用器6的选通时间间隔为1s~15s。
所述的频率计数器8通过以太网与计算机9通讯，单片机7与计算机9的通讯方式为串口通讯。
具体工作过程如下：
a.将完成标定的探测器Ⅰ、探测器Ⅱ、探测器Ⅲ和探测器Ⅳ分别完成标定后，放置在待测环境中；
b.由于探测器件敏感膜的吸附作用，可挥发有机污染物吸附在探测器上；
c.由于可挥发有机污染物的吸附，探测器的频率信号发生改变；
d.四个探测器的频率信号传输给多路复用器；
e.多路复用器选通探测器，实现对四个探测器的分时监控；
f.频率计数器接收多路复用器选通的探测信号并转换为频率信号，发送给计算机；
g.计算机处理获得探测器的频率信号相对于探测器的中心稳定频率的变化，进而得到可挥发有机污染物的浓度。
实施例1
将完成标定的探测器放入含有润滑油的空间中，由于润滑油的挥发，空间气氛中含有VOCs，由于探测器件敏感膜的吸附作用，VOCs吸附在探测器上，进而探测器的频率信号发生改变，频率计数器接收多路复用器选通的探测信号并转换为频率信号，发送给计算机，计算机处理获得探测器的频率信号相对于探测器的中心稳定频率的变化，进而得到VOCs的吸附浓度。
经测试，其中一路探测器的中心工作频率6小时下降620Hz，12小时下降660Hz，18小时下降590Hz，30小时下降1240Hz。
传感器的频率变化与吸附污染物的质量密度满足线性关系，即探测器的标定曲线为：
其中m为吸附的质量密度，单位为ng/mm2，是频率变化，单位为Hz。
以上测试结果分别对应探测器的吸附浓度为：6小时0.124ng/mm2，12小时0.132ng/mm2，18小时0.118ng/mm2和24小时0.248ng/mm2，根据吸附质量密度的变化，可以判断气氛中VOCs浓度的变化。
Claims (5)
1.一种可挥发有机污染物探测装置，其特征在于，该装置包括电源（1）、探测器Ⅰ（2）、探测器Ⅱ（3）、探测器Ⅲ（4）、探测器Ⅳ（5）、多路复用器（6）、单片机（7）、频率计数器（8）和计算机（9）；
所述的探测器Ⅰ（2）、探测器Ⅱ（3）、探测器Ⅲ（4）、探测器Ⅳ（5）并联后与多路复用器（6）和频率计数器（8）串联；所述的单片机（7）控制多路复用器（6）的选择开关，频率计数器（8）的信号传输至计算机（9）；所述的电源（1）为探测器Ⅰ（2）、探测器Ⅱ（3）、探测器Ⅲ（4）、探测器Ⅳ（5）和多路复用器（6）供电。
2.根据权利要求1所述的可挥发有机污染物探测装置，其特征在于：所述的电源（1）有两路稳压源，一路为模拟电路电源，为探测器Ⅰ（2）、探测器Ⅱ（3）、探测器Ⅲ（4）、探测器Ⅳ（5）供电；另一路为数字电路电源，为多路复用器（6）供电。
3.根据权利要求1所述的可挥发有机污染物探测装置，其特征在于：所述的探测器Ⅰ（2）、探测器Ⅱ（3）、探测器Ⅲ（4）、探测器Ⅳ（5）为型号相同的声表面波敏感器件，器件的敏感膜为溶胶凝胶氧化硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的可挥发有机污染物探测装置，其特征在于：所述的多路复用器（6）的选通时间间隔为1s~15s。
5.根据权利要求1所述的可挥发有机污染物探测装置，其特征在于：所述的频率计数器（8）通过以太网与计算机（9）通讯，单片机（7）与计算机（9）的通讯方式为串口通讯。
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