CN115014505A - 一种用于声音及气体敏感检测的系统 - Google Patents

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CN115014505A CN202210602938.5A CN202210602938A CN115014505A CN 115014505 A CN115014505 A CN 115014505A CN 202210602938 A CN202210602938 A CN 202210602938A CN 115014505 A CN115014505 A CN 115014505A
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杨国宇
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Abstract

本发明用于实验环境下的实验操作监测。本系统包含用于检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块、用于检测试剂反应进程的音频传感模块和基于由气敏传感模块和音频传感模块传输的数据报告实验过程的实验辅助模块。气敏传感模块采集由至少一个反应物产生的气味物质并将气味物质的种类和/或浓度发送给实验辅助模块，实验辅助模块生成反应物的反应评估。本发明基于气味和声音的两个感官识别，能够在不同维度获悉实验反应的进程，以确定实验反应是否正常进行。同时，在实验过程中，通过气味和声音预测本次实验可能发生的危险，为实验人员预警。

Description

一种用于声音及气体敏感检测的系统
技术领域
本发明涉及有机实验技术领域，尤其涉及一种用于声音及气体敏感检测的系统。
背景技术
实验室为科学研究的基地，各类具备危险性的物理、化学及生物实验都会在实验室中进行。实验室属于高危地带，为保证实验过程的安全性，实验室的监控设备和防护设备都需要严格设置。
实验室环境复杂，多个过程危险的反应在同一空间发生。当人员疏忽时，拿错药品或药品量放错极易引发危险。现有技术中，公开号为CN108399516A的中国专利公开了一种医院检验科实验室试剂用量监控系统及使用方法，其结构包括服务器主机、存储装置、两套扫描识别设备和若干试剂标签，两套扫描识别设备分别与服务器主机连接，存储装置和服务器主机连接，试剂标签粘贴在试剂瓶壁上，试剂瓶置于试剂瓶存放架上；两套扫描识别设备，包括一套入库识别设备和一套出库识别设备，入库识别设备用于试剂识别入库，出库识别设备用于试剂识别出库。试剂的出库和入库受到监控。通过监控试剂的流向保证试剂的正常使用。
同时，现有技术中涉及的一些监控系统同样能够对正在进行的实验进行监控，从而避免实验反应发生爆炸或燃烧等危险。例如，公开号为CN113902401A的中国专利提供一种实验室智能监控报警方法、系统、装置及存储介质，其方法包括：响应实验调取请求，实验调取请求携带用于调取实验步骤信息的调取指令；根据调取指令，调取实验步骤信息；响应实验开始请求，实验开始请求携带用于选定实验步骤数据并开始预设实验步骤的开始指令；根据开始指令，调取所选定的实验步骤数据并开始计时，形成实时实验时长；获取实时实验步骤，实时实验步骤包括多个实时步骤节点；根据实时实验步骤，判断每个实施步骤节点对应的实时实验时长是否与预设实验时长中的预设时间节点一致；若判断为否，形成报警指令并发送至实验室的报警终端。
除了监控具体实验中涉及的实验步骤，现有技术还能够通过烟雾采集等方式在灾情较小时对产生的异物进行监测，以避免实验室内的灾害发生或扩大。例如，公开号为CN215986976U的中国专利涉及一种基于物联网新型实验室远程监控及运行维护管理系统，包括放置箱，所述放置箱的上表面螺栓固定连接有烟雾传感器，所述烟雾传感器的下表面螺栓固定连接有探测头，所述放置箱的内部螺栓固定连接有放置板，所述放置箱的内部螺栓固定连接有温度传感器，所述放置箱的上表面螺栓固定连接有微型双轴步进电机。
即便如此，实验室在近些年来频发火灾或爆炸，严重的事故甚至造成了多名老师和学生的死亡。究其原因，是危险预警的时间过晚，实验人员无法提前做出预防。当灾害发生时，慌乱的实验人员可能会采取错误的方式灭火或逃生，例如，固态钠相关的实验燃火，实验人员慌乱中采用水灭火。
危机预警的滞后性是引起灾害发生和人员伤亡的重要原因。本发明基于对实验人员的实验过程的监测而预警反应可能产生的危害，一方面，能够提高实验人员的警惕性，有利于实验人员安全撤离；另一方面，预警能够提示实验人员反复核对实验过程的正确与否，保证实验操作的正确性，从源头避免灾害的发生。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
科研探索避免不了进行高危实验。高危实验中最容易引起灾害的就是化学反应实验。化学物质反应包含大量的易爆、易燃和有毒的反应过程。反应物的选择、反应物的用量及反应过程的实验操作都会影响到反应的发展。例如，当错误的使用活泼金属钠时，错误参与反应过程的钠元素会引起反应混合物的燃烧和爆炸，燃烧中的小颗粒随爆炸飞溅而引起火灾。
针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于声音及气体敏感检测的系统，包含用于检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块、用于检测试剂反应进程的音频传感模块和基于由气敏传感模块和音频传感模块传输的数据报告实验过程的实验辅助模块。基于气味和声音的两个感官识别，本发明能够在不同维度获悉实验反应的进程，以确定实验反应是否正常进行。同时，在实验过程中，通过气味和声音预测本次实验可能发生的危险，为实验人员提供预警。
气敏传感模块采集由至少一个反应物产生的气味物质并将气味物质的种类和/或浓度发送给实验辅助模块。实验辅助模块生成反应物的反应评估，其中，在反应评估预测反应过程易燃/易爆时，实验辅助模块以早于反应物反应的时间发送用于播报爆炸风险或沸腾风险的第一次预测结果。
实验室或通风橱中，气敏传感模块采集到参与反应的至少一个反应物产生的气味物质。反应过程对实验环境的主要危害来自于燃烧和爆炸。预期危险的反应一般为先燃烧后爆炸。但于器皿中发生的反应过程，器皿内燃烧引起的爆炸是对操作者的第一次伤害。在爆炸过程中飞溅的携带燃烧火焰的试剂是对操作者的第二次伤害。例如，金属铯与氟气的反应。活泼金属铯在遇到氟气时会立刻燃烧。当反应在器皿中进行时，产生燃烧反应的金属铯与氟气会在器皿中爆炸。爆炸产生的冲击波或碎片对操作者形成第一次伤害，反应物携带燃烧火焰飞溅对操作者形成第二次伤害。或者，器皿内的爆炸较小，器皿未破裂，但反应物携带燃烧火焰自反应器皿开口处飞溅，对操作者形成伤害。即使反应不燃烧，反应物飞溅也会对环境会产生污染，飞溅至人体皮肤上会对人体产生腐蚀。第一次预警结果用于提示操作者该反应可能对人体产生第一次伤害，以使操作者及其他可能经过的人员在反应开始前远离反应源头。
在反应进行前优先进行气味检测，使系统能够智能化识别即将发生的化学反应。例如，当处于气敏传感模块检测范围内的环境中出现三碘化氮时，实验辅助模块生成多个与三碘化氮相关的化学反应以及与三碘化氮相关的危险操作，用于生成第一次预测结果。第一次预测结果播报内容包含禁止与三碘化氮发生碰撞。
气味检测在某些技术选择下可以基于化学触媒而实现被动式检测，即仅有特定气味分子进入气敏传感模块并与特定化学触媒产生反应之后才会被气敏传感模块的特定检测回路所检测，也即说明本方案所采用的气敏传感模块即便是长期处于对复杂环境中的气味分子进行搜索的工作模式下也是非常准确的，这对于因多个实验同时进行而需要在复杂气味中精准感应特定试剂的实验环境检测装置有益效果明显，设备自持性、灵敏性、检测精准性大幅提高。
实验辅助模块基于反应评估触发音频传感模块采集环境声音，响应于音频传感模块采集的由反应物反应产生的超出第一阈值的音频数据，实验辅助模块以先于第二次预测结果的预警内容发生的时间进入防护设备开启的准备状态并生成播报由爆炸或沸腾引起飞溅危险的第二次预测结果。优选地，第一阈值不大于由反应过程产生的压力作用于容器而产生的声音的相关参数。具体地，第一阈值能够为正常反应所产生的声音的相关参数。
根据一种优选实施方式，气敏传感模块和音频传感模块能够设置于非空气环境下的反应环境中。对于部分需要隔绝氧气或添加惰性气体的反应，其反应发生环境需要设置在一个负压或密封的环境中。气敏传感模块和音频传感模块能够在该环境中通过气味或声音的传播而获得参与反应的反应物的类别，避免误加反应物。例如，反应过程为向气体A中添加反应物B，而后再添加反应物C。当操作第一步即出现反应物C时，气敏传感模块感应到反应物C。实验辅助模块基于气敏传感模块传输的与反应物C的气味相关的信息生成第一次预测结果。第一预测结果用于向操作者发出错误操作的警报。当音频传感模块感应到反应过程(气体A和反应物C的反应过程)出现声音，实验辅助模块生成第二次预测结果。第二次预测结果用于向操作者发出反应危险且可能出现爆炸/燃烧/反应物飞溅的警报。
根据一种优选实施方式，本系统还能够用于有机实验的实验过程的监测。对于全程处于密封容器中进行的实验，本系统能够对实验过程中的外部环境进行监测。具体地，在反应进行时，当气敏传感模块感测到从密封容器内逸散至环境中的反应气体时，实验辅助模块生成第一次预测结果。第一次预测结果播报反应出现泄漏，使操作者能够及时排除泄漏问题，保证实验的顺利进行或及时终止实验。实验辅助模块基于气敏传感模块提供的检测结果触发音频传感模块。音频传感模块感知有机反应过程中的每个容器产生的声音。发生泄漏的容器会发出气体泄漏的声音。实验辅助模块基于音频传感模块传输的声音信息定位发出气体泄漏的声音的容器。实验辅助模块生成第二预测结果。第二预测结果包含泄漏容器的定位信息。
根据一种优选实施方式，第一次预测结果还包含气体的种类。操作者能够通过气体泄漏的声音定位以及气体的种类，自行判断发生异常的容器是参与反应的容器中的哪一个。
根据一种优选实施方式，基于反应过程中产生的声音的音量的变化，实验辅助模块能够预测反应是否发生危险。当反应正在进行时，反应会对容器产生压力，当反应产生的压力超过容器能够承受的压力时，容器会发生爆炸。具体地，以反应第一次产生声音的时间为第一时间节点，音频传感模块以相同的时间间隔重复进行声音信息的采集，至少采集两个时间节点的声音信息。基于音频传感模块采集的于第二时间节点生成的声音相关的参数大于于第一时间节点生成的声音相关的参数，音频传感模块间隔时间检测反应过程产生的声音。优选地，时间间隔能够在1～5s内取值。当反应过程中第二时间节点的声音的相关参数高于第一时间节点的声音的相关参数时，实验辅助模块开始以预设间隔进行危险源残留量的检查。T为时间节点。S为反应产生的声音的相关参数。实验辅助模块存储由所述音频传感模块在第二时间节点后传输的声音相关的参数S0并记录接收该参数的时间为第一时间节点T0，所述实验辅助模块存储由所述音频传感模块在第n时间节点后传输的声音相关的参数Sn并记录接收该参数的时间为第n时间节点Tn。Tm为容器发生爆炸的时间节点。Fm为容器能够承受的最大压力值。
Figure BDA0003667256140000052
为反应产生的声音的音量与反应对容器作用的压力的比值。如以下公式所示，获得容器发生爆炸的时间Tm。
Figure BDA0003667256140000051
通过采集反应过程在多个时间节点的产生的音量，获得容器发生爆炸的时间节点。一方面，随着反应时间的增加，反应产生的声音的音量逐渐变大。逐渐增大的声音表明反应产生的对容器的压力在逐渐增大，确认反应过程的危险系数在增加；另一方面，通过对逐渐增大的声音的信息采集获得反应产生的压力的增大曲线，用于预测反应产生大于容器能够承受的压力值的时间节点，以此为操作者预警。为操作者预警能够使操作者终止反应或者提前准备好灭火防爆的装置，避免由于灾情发生过于迅速操作者无法及时应对而导致的灾情迅速扩大。
根据一种优选实施方式，声音的相关参数能够为体现声音特性的参数，例如，音调、音量或频率。
根据一种优选实施方式，Tn的能够为多个时间节点。基于音频传感模块在以第二频率不间断对反应进行监测，Tn能够被更新。基于Tn和Sn的数据的更新，Tm也会被调整。包含容器发生爆炸的时间节点Tm的第二次预测结果也会更新。更新后的第二次预测结果将重新播报。通过实时播报反应过程的进展，一方面使操作者能够产生紧迫感，在危险来临前及时采取行动；另一方面，对于熟悉反应过程的操作者而言，通过第二次预测结果的多次播报，操作者掌握本次实验的进展并比较过去的相同反应的进展，以期提前发现反应的进展是否正确。操作者能够结合主观及客观的判断提前选择终止反应或打开防护设备，以避免灾难的发生。
根据一种优选实施方式，对于具有防护的反应环境，本系统能够实时监测反应过程所处的容器中的压力。反应过程所处的容器中的压力为Fn，当Fn不小于Fm时，表明反应过程产生的压力大于等于容器能够承受的压力，容器将要发生爆炸，Fn的计算公式如下：
Figure BDA0003667256140000061
根据一种优选实施方式，音频传感模块采集声音信息的频率能够基于反应的过程而变化。在反应开始时，音频传感模块以第一频率进行采集。当采集到逐渐增大的两个时间节点的声音的参数后，音频传感模块以第二频率进行采集，其中，随着反应的进程的推进，第二频率逐渐增大。第二频率大于第一频率。当反应开始时，需要及时判断反应是否开始对容器产生压力，因此第一频率比第二频率大，以保证音频传感模块及时感知到反应增压的时间节点。当确定反应对容器产生压力时，音频传感模块放缓采集声音的频率。随着反应进程的增长，音频传感模块采集声音的频率逐渐增大。反应时间越长，容器内压力越大，容器发生爆炸或反应物飞溅的可能性越高，因此增大采集声音信息的频率，以及时产生预测结果。
根据一种优选实施方式，防护设备包含通风单元和喷淋单元，其中，通风单元和喷淋单元能够加速反应环境的空气流动并沉降环境中飘浮的小颗粒反应物，以防止二次引燃或引爆。
根据一种优选实施方式，本系统能够用于实验操作的监测。在实验过程中，即使实验设计正确，操作错误也会使实验失败，甚至造成危险。本系统对实验反应过程中的气味和声音进行监控。通过气味信息确定药品选择正确。通过声音信息确定反应过程正确。当反应过程中出现不符合正确实验产生的声音的相关参数时(例如，采集的声音的相关参数超出第一阈值)，实验辅助模块能够生成第二次预测结果。操作者能够基于第二次预测结果调整实验操作，例如减缓加热、降低温度或缓慢滴定。通过调整实验操作，使操作过程尽可能不影响实验反应。例如，通过降温减缓暴沸的反应液体，使反应过程不再对容器施加持续性增加的压力。当音频传感模块采集到最近一次的声音的相关参数符合正确实验产生的声音的相关参数时，实验辅助模块停止更新第二次预测结果。当操作者不再接收语音播报的第二次预测结果时，操作者能够基于系统的停止播报行为判断当前操作步骤正确。
根据一种优选实施方式，音频传感模块能够采集实验反应产生的声音，并将采集到的声音信号转化为后端处理模块能够识别的信息。音频传感模块采集环境中的气味分子，并基于环境中的气味分子对其电流传输的影响而生成对应不同气味分子的不同大小的电流。音频传感模块能够通过监测环境中的气体浓度、气体种类或气体流速，使后端的处理模块对环境中的异味进行综合评价。优选地，音频传感模块能够为MEMS拾音单元。
附图说明
图1是本发明提供的气敏传感模块、音频传感模块和实验辅助模块的关系示意图。
附图标记说明
100：气敏传感模块；200：实验辅助模块；300：音频传感模块；400：警报模块。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
化学反应复杂而危险。实验室中进行化学反应是科学研究过程不可或缺的一个步骤。实验室中针对化学反应的监测、灾害发生的预警和挽救都设置了很多装置，例如烟气警报器、消防灭火装置的密集布置等。但现有技术往往将化学反应的前端监控和后端的灾害预警分离，即前端的药品选择及实验操作用于实验报错而非灾害预警。
针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于声音及气体敏感检测的系统，包含检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块100、检测试剂反应进程的音频传感模块300和基于由气敏传感模块100和音频传感模块300传输的数据报告实验过程的实验辅助模块200，如图1所示。基于气味和声音的两个感官识别，本发明能够在不同维度获悉实验反应的进展，以确定实验反应是否正常进行。同时，在实验过程中，通过气味和声音预测本次实验可能发生的危险，为实验人员提前进行预警。警报模块400能够接收预警，发出警报。
实施例1
本发明中涉及的检测系统适用于密封容器反应的化学实验。
实验操作在实验室或通风橱内安全进行。防护设备包含用于熄灭火焰的喷淋单元和抽取有毒气体的通风单元。
实验为3-硝基邻苯二甲酸的制备。反应物为邻苯二甲酸酐和混合酸。浓盐酸和浓硫酸混合形成混合酸。邻苯二甲酸酐与混合酸110°反应生成3-硝基邻苯二甲酸(主产物)和4-硝基邻苯二甲酸(副产物)。
当气敏传感模块100采集到反应物邻苯二甲酸酐和混合酸产生的气味物质时，实验辅助模块200生成邻苯二甲酸酐和混合酸的反应评估。反应评估预测邻苯二甲酸酐和混合酸为易燃易爆的反应。实验辅助模块200在邻苯二甲酸酐和混合酸混合前以语音或警示灯的方式播报第一次预测结果。若播报方式为语音时，第一次预测结果能够包含展示邻苯二甲酸酐和混合酸反应会产生燃烧或爆炸危险的语音信息。
反应评估预测反应过程为易燃或引爆的危险后，音频传感模块300打开。音频传感模块300采集反应过程中产生的声音信息。
在邻苯二甲酸酐和混合酸混合后，邻苯二甲酸酐和混合酸形成的硝化反应放出大量的热，引起容器内的液体沸腾，产生声音。音频传感模块300采集反应第一次产生的声音，并记录产生该声音的时间为第一时间节点。1s后，音频传感模块300第二次采集反应产生的声音，并记录产生该声音的时间为第二时间节点。当第二时间节点的声音的音量大于第一时间节点的声音的音量时，实验辅助模块200进入防护设备开启的准备状态，即实验辅助模块200打开防护设备的外部限制，使防护设备能够立刻开始工作。例如，喷淋单元的封盖被打开，当有喷淋指令传输至喷淋单元时，喷淋单元能够立刻喷洒水。
由于反应过程中的声音呈变大趋势，认为容器受到的压力是持续上升。音频传感模块300开始以2s间隔的频率采集反应过程产生的声音的音量。伴随反应过程的发展，音频传感器模块的采集频率能够以1次/秒逐渐向2次每秒变化。
音频传感器模块采集了第一时间节点T0、第二时间节点T1和第三时间节点T2的声音音量S0、S1、S2，时间节点Tm由以下公式获得：
Figure BDA0003667256140000091
基于音频传感器模块采集的三个时间节点的数据生成的时间节点Tm，实验辅助模块200播报第二次预测结果。第二次预测结果的播报内容包含本次反应可能发生爆炸，爆炸将在Tm后发生。
接收到播报的第二次预测结果，操作者能够预知本次实验可能发生危险的时间，以能够提醒操作者及时终止反应或准备防护设备。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本发明中涉及的检测系统适用于密封的多容器反应的实验。
实验能够为苯乙醚的制备。反应物为苯酚、乙醚、溴乙烷和氢氧化钠。三颈烧瓶中放置反应物。装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的三颈烧瓶处于密封状态。
气敏传感模块100被动接收苯酚和氢氧化钠的气味物质。实验辅助模块200生成采集物苯酚和氢氧化钠的反应评估。反应评估判断苯酚和氢氧化钠反应中涉及的溴乙烷具有危险性。实验辅助模块200在苯酚和氢氧化钠混合前以语音或警示灯的方式播报第一次预测结果。若播报方式为语音时，第一次预测结果能够包含展示在溴乙烷过快滴定时反应沸腾会产生危险的语音信息。
反应评估预测反应过程存在易爆危险后，音频传感模块300打开。音频传感模块300采集反应过程中产生的声音信息。
在苯酚和氢氧化钠混合后，加热三颈烧瓶并缓慢加入溴乙烷。溴乙烷沸点低，音频传感模块300第一次采集反应产生的声音，并记录产生该声音的时间为第一时间节点。0.5s后，音频传感模块300第二次采集反应产生的声音，并记录产生该声音的时间为第二时间节点。当第二时间节点的声音的音量大于第一时间节点的声音的音量时，实验辅助模块200进入防护设备开启的准备状态，即实验辅助模块200打开防护设备的外部限制，使防护设备能够立刻开始工作。例如，喷淋单元的封盖被打开，当有指令传输至喷淋单元时，喷淋单元能够立刻喷洒泡沫灭火设备。
由于反应过程中的声音呈变大趋势，认为反应对容器的压力可能持续上升。音频传感模块300开始以1s间隔的周期采集反应过程产生的声音的音量。伴随反应过程的发展，音频传感器模块的采集周期能够由1s每次逐渐向0.5s每次变化。
音频传感器模块采集了第一时间节点T0'、第二时间节点T1'和第三时间节点T2'的声音音量S0'、S1'、S2'，可能发生爆炸的时间节点Tm由以下公式获得：
Figure BDA0003667256140000101
实验辅助模块200基于音频传感器模块采集的三个时间节点的数据生成的时间节点Tm，播报第二次预测结果。第二次预测结果的播报内容包含本次反应可能发生爆炸，预测爆炸时间为Tm。
接收到播报的第二次预测结果，操作者能够预知本次实验可能发生危险的时间，以能够有时间调整反应条件以避免危险发生或提前准备防护设备以进行自我防护或尽快逃离现场。
具体地，操作者能够降低加入溴乙烷的速度或降低加热三颈烧瓶的温度。音频传感器模块能够在第二次预测结果发送后基于在反应过程发展中的重新采集的声音音量而更新第二次预测结果。操作者能够根据第二次预测结果调整实验操作。当音频传感器模块采集的声音音量低于第一阈值(苯乙醚制备实验正常反应沸腾产生的声音音量)时，音频传感器模块停止更新第二次预测结果。
反应过程包含化学过程和物理过程。化学过程指化学物质的化学反应，包括但不限于两个以上物质之间的反应、物质暴露于空气中的反应。物理过程指化学物质的三态变化或化学物质的降温变化，如液氮转化为氮气，氮气由低温状态变为常温状态。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本系统能够对实验研究或医疗设备中涉及的气瓶(例如：氧气气瓶或氮气气瓶)进行监测。当气瓶存在缓慢泄漏时，其气压表可能无法直接监测到气压变化。
本系统能够通过对气瓶的气味监测及声音监测而确认气瓶是否发生泄漏。单一的感官检测可能存在外部因素导致的误判，如刚刚使用完的气瓶的周围环境可能存在该气体气味，导致气味传感器误判气瓶泄漏，或气瓶其他部位发出类似的泄漏声音而导致声音传感器误判气瓶泄漏。
气敏传感模块100能够对气瓶所述环境进行特异性的气瓶内存储气体的气味的监测。音频传感模块300能够对气瓶产生的声音进行监测。本系统能够基于环境因素的不同而设置气敏传感模块100或音频传感模块300中的一个处于实时开启状态，当气敏传感模块100或音频传感模块300中的一个监测到气瓶发生符合泄漏的特征时，气敏传感模块100或音频传感模块300中的一个触发另一个开启对气瓶监测。当气敏传感模块100和音频传感模块300同时采集到气瓶在声音和气味上均产生符合泄漏的特征时，实验辅助模块200判断气瓶发生泄漏，并以警报灯、警报声音或其他方式提示实验人员或医疗人员。
具体地，包括用于检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块100、用于检测试剂反应进程的音频传感模块300和基于气敏传感模块100和音频传感模块300传输的数据报告气瓶状态的实验辅助模块200。当气敏传感模块100或音频传感模块300中的一个监测到气瓶发生符合泄漏的特征时，实验辅助模块200生成第一次预测结果。气敏传感模块100或音频传感模块300中的一个触发另一个开启对气瓶监测，并使实验辅助模块200基于检测结果生成第二次预测结果。当第一次预测结果和第二次预测结果均包含符合泄漏的特征时，实验辅助模块200判断气瓶发生泄漏。优选地，第一次预测结果包含的符合泄漏的特征能够为气瓶中的气体气味。第二次预测结果包含的符合泄漏的特征能够为泄漏可能发出的声音，如“嘶嘶”声音。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种用于声音及气体敏感检测的系统，包括用于检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块(100)、用于检测试剂反应进程的音频传感模块(300)和基于气敏传感模块(100)和音频传感模块(300)传输的数据报告实验过程的实验辅助模块(200)，
其特征在于，
所述气敏传感模块(100)采集至少由一个反应物产生的气味物质并将所述气味物质的种类和/或浓度发送给所述实验辅助模块(200)，所述实验辅助模块(200)生成反应物的反应评估，其中，
在所述反应评估预测反应过程易燃/易爆时，所述实验辅助模块(200)以早于反应物反应的时间发送用于播报爆炸风险或沸腾风险的第一次预测结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，基于所述反应评估的预测结果，所述实验辅助模块(200)触发所述音频传感模块(300)采集环境声音，响应于所述音频传感模块(300)采集的由反应物反应产生的超出第一阈值的音频数据，所述实验辅助模块(200)以先于第二次预测结果的预警内容发生的时间进入防护设备开启的准备状态的方式生成用于播报爆炸或沸腾引起的飞溅风险的第二次预测结果。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，当所述音频传感模块(300)采集的于第二时间节点生成的声音相关的参数大于先于第二时间节点的第一时间节点生成的声音相关的参数时，所述实验辅助模块(200)进入防护设备开启的准备状态。
4.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，基于所述音频传感模块(300)采集的于第二时间节点生成的声音相关的参数大于于第一时间节点生成的声音相关的参数，所述音频传感模块(300)间隔时间检测反应过程产生的声音，其中，所述实验辅助模块(200)存储由所述音频传感模块(300)在第二时间节点后传输的声音相关的参数S0并记录接收该参数的时间为第一时间节点T0，所述实验辅助模块(200)存储由所述音频传感模块(300)在第n时间节点后传输的声音相关的参数Sn并记录接收该参数的时间为第n时间节点Tn。
5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，所述第二次预测结果包含危险发生的时间节点Tm，时间节点Tm由以下公式获得：
Figure FDA0003667256130000021
其中，T0为第一节点，Tn为第n时间节点，S0为第一节点的声音的相关参数，Sn为第n时间节点测量的声音的音量参数，Tm为容器发生爆炸的时间节点，Fm为容器能够承受的最大压力值，
Figure FDA0003667256130000022
为反应产生的声音的音量与反应对容器作用的压力的比值。
6.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，所述第二次预测结果能够随所述时间节点Tm的更新而更新，并重新进行播报。
7.根据权利要求1～6任一项所述的系统，其特征在于，所述第一次预测结果包含由所述气敏传感模块(100)提供的气体种类，以确认参与反应的反应物的种类。
8.根据权利要求1～7任一项所述的系统，其特征在于，所述第一阈值不大于由反应过程产生的压力作用于容器而产生的声音的相关参数。
9.根据权利要求1～8任一项所述的系统，其特征在于，所述检测模块包含封装有声音传感器和气味传感器的麦克风器件，以实现对运行中的被检测设备产生的声音/被检测设备维护的环境中的气味的识别。
10.一种用于气瓶的声音及气体敏感检测的系统，其特征在于，包括用于检测环境中的化学试剂种类/浓度的气敏传感模块(100)、用于检测试剂反应进程的音频传感模块(300)和基于气敏传感模块(100)和音频传感模块(300)传输的数据报告气瓶状态的实验辅助模块(200)，
其特征在于，
当所述气敏传感模块(100)或音频传感模块(300)中的一个监测到气瓶发生符合泄漏的特征时，实验辅助模块(200)生成第一次预测结果；所述气敏传感模块(100)或音频传感模块(300)中的一个触发另一个开启对气瓶的监测，并使实验辅助模块(200)基于检测结果生成第二次预测结果；当第一次预测结果和第二次预测结果均包含符合泄漏的特征时，实验辅助模块(200)判断气瓶发生泄漏。
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