CN207096109U - 采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及呼吸气体检测技术领域，具体是一种采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置。气泵将空气作为载气输入到等离子发生器中；等离子发生器将空气等离子化后进一步输入到反应腔；注射器通过气阀的控制，从样本气袋中抽取样本气体，并注入反应腔中与载气混合；催化模块促使样本气体发生化学反应，产生光信号；相机通过镜头对反应过程中的催化模块进行拍摄，并将采集到的照片传入计算机进行图像处理及分析。本实用新型极大地简化了操作流程，并可以一次获取多种催化物质对气体响应的数据，从而提高了信号检测的效率，增加了设备的使用寿命。此外，由于采用了自动运行，检测过程具有良好的重复性，保证了结果的精度。

Description

采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置

[技术领域]

本实用新型涉及呼吸气体检测技术领域，具体是一种采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置。

[背景技术]

疾病是每个人一生中无法避免的痛苦来源之一。它给人类的正常生活带来了极大的困扰乃至威胁。如何预防与及时诊断疾病一直都是人们研究的重要课题之一。当前，许多重大的疾病都需要利用大型、复杂的医疗设备进行检测，并且检查费用偏高，时间较长，导致许多疾病直到出现明显症状才被诊断和治疗。为此，医疗设备的小型化以及平民化正变得越来越重要。

研究发现，人的呼吸气中含有许多挥发性有机物，这些有机物的成分以及含量会随着人体的健康程度而发生变化，通过对其进行检测可以快速地对某些疾病进行诊断。传统的气体检测方法是采用气相色谱仪或质谱仪对气体的光谱或质谱进行分析，但是只能较准确的区分或识别部分气体，且设备成本过高；另一种气体检测方法是使用电子鼻，与前一种方法相比，具有成本相对较低、速度快、体积小等优点，但是检测结果容易受到无关气体以及测试环境的干扰。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是为了解决现有技术的上述技术问题和缺陷，提供一种结构新颖、安全可靠、基于光学相机的挥发性有机物成分自动检测技术，通过配合使用多种不同的催化剂，实现对呼吸气中挥发性有机气体成分与含量的检测。

为实现上述目的，提供一种采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，包括：

气泵，载气为空气；

等离子发生器，等离子发生器的一端连接气泵；

样本气袋，用于存储样本气体；

注射器，与样本气袋连接并从样本气袋中抽取样本气体；

气阀，设置在注射器上并控制其工作；

反应腔，反应腔的入口分别连接等离子发生器的出口和注射器的出口，反应腔内设有催化模块；

相机，相机的镜头与催化模块的面板相对；

计算机，所述的计算机与相机连接。

反应腔包括壳体，壳体顶部中间设有凹槽，凹槽设有催化模块，壳体顶部设有透光面板，从而可使相机的镜头透过透光面板拍摄到催化模块。

所述的催化模块包括：载体，以及设置在载体上的温度传感器、温度控制器、电加热器和若干催化剂槽，每个催化剂槽内均设有催化物质。

所述的催化物质包括：Cu²⁺/TiO₂，Mn²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/Al₂O₃，Cu²⁺/MgO，Zn²⁺/SiO₂，Zn²⁺/TiO₂，Cu²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/ZnO，Mn²⁺/ZrO₂，Zn²⁺/ZrO₂，Ni²⁺/ZnO，Ni²⁺/TiO₂。上述斜杠“/”表示两种物质的混合，混合比例根据实际情况选择，且不局限于所列出的物质。

所述的催化剂槽为16个，按照4×4的方格依次涂布于催化模块表面，每个催化剂槽内分别对应设有Cu²⁺/TiO₂，Mn²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/Al₂O₃，Cu²⁺/MgO，Zn²⁺/SiO₂，Zn²⁺/TiO₂，Cu²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/ZnO，Mn²⁺/ZrO₂，Zn²⁺/ZrO₂，Ni²⁺/ZnO，Ni²⁺/TiO₂。上述斜杠“/”表示两种物质的混合，混合比例根据实际情况选择，且不局限于所列出的物质。

所述的透光面板为石英面板。

所述的壳体上开设有进气孔、出气孔，进气孔分别连接等离子发生器的出口和注射器的出口。

所述的进气孔、出气孔分别开设在壳体底部两侧。

本实用新型还包括一种采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置的检测方法：气泵将空气作为载气输入到等离子发生器中；等离子发生器将空气等离子化后进一步输入到反应腔；注射器通过气阀的控制，从样本气袋中抽取样本气体，并注入反应腔中与载气混合；催化模块促使样本气体发生化学反应，产生光信号；相机通过镜头对反应过程中的催化模块进行拍摄，并将采集到的照片传入计算机进行图像处理及分析，计算机通过LabVIEW程序但不限于LabVIEW程序随即对这些照片进行图像处理，根据催化剂的分布情况，对照片中的不同区域进行灰度值积分运算，通过将图像灰度分布曲线与已知训练气体的灰度分布曲线进行比较，得出样本气体中挥发性有机物的成分及含量。

本实用新型同现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型将呼吸气中挥发性有机物的检测过程自动化，从而极大地简化了操作流程；由于本装置采用光学相机对涂有催化物质的催化模块进行图像采集，可以一次获取多种催化物质对气体响应的数据，从而提高了信号检测的效率，增加了设备的使用寿命。此外，由于采用了自动运行，检测过程具有良好的重复性，保证了结果的精度。

同时，本实用新型还具有如下优点：

由于实际应用中催化物质的种类、数量、分布方式都可以根据具体需求进行更改，具有良好的扩展性。此外，所有催化物质置于相同的测试环境中，有利于提高检测结果的准确性。

[附图说明]

图1为本实用新型实施例的呼吸气中挥发性有机物成分自动检测装置的主要结构示意图；

图2为本实用新型实施例的呼吸气中挥发性有机物成分自动检测装置中反应腔的主要结构示意图；

图3为本实用新型实施例的呼吸气中挥发性有机物成分自动检测装置中催化模块的主要结构示意图；

如图所示，图中：1.相机 2.镜头 3.反应腔 4.催化模块 5.气泵 6.等离子发生器7.样本气袋 8.气阀 9.注射器 10.计算机 31.壳体 32.石英面板 33.进气孔 34.出气孔41.载体 42.催化物质 43.温度传感器 44.温度控制器 45.电加热器。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型为一种采用光学相机的挥发性有机物成分自动检测装置，其主要包括：光学相机、镜头、反应腔、催化模块、泵、等离子发生器、样本气袋、气阀、注射器、计算机。其中，光学相机用于采集呼吸气在不同种类的催化物质作用下产生的光信号；镜头用于优化相机的成像性能；反应腔为呼吸气提供反应的空间；催化模块表面分布不同种类的催化物质，用于加快呼吸气的反应速率，同时具有加热以及调节温度的功能；泵用于提供载气；等离子发生器用于将载气等离子化，从而与呼吸气中的挥发性有机物在高温环境中发生化学反应；样本气袋用于提供呼吸气；气阀用于切换气路；注射器用于呼吸气的抽取与注射；计算机用于对光学相机采集的照片进行图像处理与分析。

如图1所示，气泵5将空气作为载气输入到等离子发生器6中；等离子发生器6将空气等离子化后进一步输入到反应腔3；注射器9通过气阀8的控制，从样本气袋7中抽取样本气体，并注入反应腔中与载气混合；催化模块4促使样本气体发生化学反应，产生光信号；相机1通过镜头2对反应过程中的催化模块进行拍摄，并将采集到的照片传入计算机10进行图像处理及分析。

如图2所示，反应腔3由壳体31、石英面板32、进气孔33和出气孔34组成。壳体31为样本气体提供反应空间；石英面板32用于透光以及密封；进气孔33与出气孔34分别用于气体的输入与排出。

如图3所示，催化模块4由载体41、催化物质42、温度传感器43、温度控制器44和电加热器45组成。载体41提供加热装置的安装以及催化物质的承载；催化物质42用于催化呼吸气中不同挥发性有机物的化学反应；温度传感器43实时采集催化模块表面的温度信号；温度控制器44用于控制加热功率，从而实时调节加热温度，保证催化模块表面温度恒定；加热器45将催化模块加热到一定的温度，从而加速呼吸气的化学反应速度，增强光信号强度。将16种催化剂：Cu²⁺/TiO₂，Mn²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/Al₂O₃，Cu²⁺/MgO，Zn²⁺/SiO₂，Zn²⁺/TiO₂，Cu²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/ZnO，Mn²⁺/ZrO₂，Zn²⁺/ZrO₂，Ni²⁺/ZnO，Ni²⁺/TiO₂按照4×4的方格依次涂布于催化模块表面。上述斜杠“/”表示两种物质的混合，混合比例根据实际情况选择，催化物质的种类和数量不局限于所列出的物质。

使用时，首先将采用光学相机的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置接通220V/50Hz市电，启动图中未示例的电源开关。再将装有呼吸气的样本气袋7接入采用光学相机的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置。然后打开计算机10，开启自动检测程序。如图3所示，温度传感器43采集当前催化模块表面的温度，并反馈给温度控制器44；温度控制器根据程序设定的目标加热温度控制电加热器45启动加热，温度传感器将加热后检测到的温度值实时反馈给温度控制器，温度控制器根据当前温度值与目标温度值之间的差值实时调节加热功率，直至温度传感器反馈的温度恒定在目标值附近。如图1所示，启动气泵5以及等离子发生器6，产生等离子气体，作为载气输入反应腔3。打开气阀8，注射器9抽取样本气袋7中的样本气体；关闭气阀8，注射器9将样本气体注入反应腔3。载气与样本气体混合后从进气口33进入反应腔3中，并随气流经过催化模块4，在催化物质以及高温作用下发生化学反应，产生光信号。计算机10通过预先设定的执行流程控制光学相机1对催化模块表面进行拍摄，并实时接收采集到的照片。计算机端的LabVIEW程序随即对这些照片进行图像处理，根据催化剂的分布情况，对照片中的不同区域进行灰度值积分运算。通过将图像灰度分布曲线与已知训练气体的灰度分布曲线进行比较，得出样本气体中挥发性有机物的成分及含量。

Claims (8)

1.一种采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于包括：

气泵，载气为空气；

等离子发生器，等离子发生器的一端连接气泵；

样本气袋，用于存储样本气体；

注射器，与样本气袋连接并从样本气袋中抽取样本气体；

气阀，设置在注射器上并控制其工作；

反应腔，反应腔的入口分别连接等离子发生器的出口和注射器的出口，反应腔内设有催化模块；

相机，相机的镜头与催化模块的面板相对；

计算机，所述的计算机与相机连接。

2.如权利要求1所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的反应腔包括壳体，壳体顶部中间设有凹槽，凹槽设有催化模块，壳体顶部设有透光面板，从而可使相机的镜头透过透光面板拍摄到催化模块。

3.如权利要求1或2所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的催化模块包括：载体，以及设置在载体上的温度传感器、温度控制器、电加热器和若干催化剂槽，每个催化剂槽内均设有催化物质。

4.如权利要求3所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的催化物质包括：Cu²⁺/TiO₂，Mn²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/Al₂O₃，Cu²⁺/MgO，Zn²⁺/SiO₂，Zn²⁺/TiO₂，Cu²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/ZnO，Mn²⁺/ZrO₂，Zn²⁺/ZrO₂，Ni²⁺/ZnO，Ni²⁺/TiO₂。

5.如权利要求4所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的催化剂槽为16个，按照4×4的方格依次涂布于催化模块表面，每个催化剂槽内分别对应设有Cu²⁺/TiO₂，Mn²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/Al₂O₃，Cu²⁺/MgO，Zn²⁺/SiO₂，Zn²⁺/TiO₂，Cu²⁺/ZrO₂，Cu²⁺/ZnO，Mn²⁺/ZrO₂，Zn²⁺/ZrO₂，Ni²⁺/ZnO，Ni²⁺/TiO₂。

6.如权利要求2所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的透光面板为石英面板。

7.如权利要求2所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的壳体上开设有进气孔、出气孔，进气孔分别连接等离子发生器的出口和注射器的出口。

8.如权利要求7所述的采用光学相机的呼吸气挥发性有机物成分自动检测装置，其特征在于所述的进气孔、出气孔分别开设在壳体底部两侧。