CN209673642U - 一种甲醛检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种甲醛检测系统，包括光源、甲醛检测探头、微型光谱检测模块、控制模块和报警系统；甲醛检测探头分别通过光纤与光源和微型光谱检测模块连接，控制模块的两端分别连接微型光谱检测模块和报警系统；光源产生激发光射入甲醛检测探头内，在充满待测气体的甲醛检测探头内，激发附着有Eu‑NDC敏感薄膜的MOFs敏感元件发出荧光，荧光通过光纤传输至微型光谱检测模块，将其荧光强度形成光谱后转化为电信号，经控制模块处理，以数值形式显示出来，当甲醛含量超出设定的合理范围时通过报警系统发出警报声并闪灯；该甲醛检测系统抗干扰能力强，灵敏度高，整机误报率低，造价低廉，对甲醛的精准检测具有重要的意义。

Description

一种甲醛检测系统

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，具体涉及一种甲醛检测系统。

背景技术

甲醛是一种无色、具有强烈剌激性气味的气体，由于其化学性质活拨、生产工艺简单、原料供应充足，是一类重要的化工原料，在很多方面都有广泛的应用。甲醛广泛应用于建筑，家具等方面，在众多的室内污染物中，作为最主要的室内装修污染物，甲醛的危害极为严重。甲醛具有一定的毒性，暴露在空气中的甲醛，对人的眼睛和上呼吸道系统具有强烈的刺激作用。室内甲醛的浓度大约在0.00l-1ppm的范围内，世界卫生组织建议室内甲醛浓度控制在0.08ppm以内，当甲醛浓度超过0.1ppm时，就会对人体的身体健康造成一定的危害。超标甲醛对人体具有多种危害，能够能引发癌症、对呼吸系统、嗅觉、视力、肺、肝功能、以及皮肤都有危害，还能麻痹神经系统，引起免疫力低下等；除此之外，甲醛在一定程度上还会增加患白血病的几率，特别是患骨髓白血病的几率，因此对甲醛的检测至关重要。

现有的检测甲醛的手段包括：差分吸收光谱法(DOAS)、激光感生焚光光谱(LIFS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等。半导体金属氧化物(如:SnO₂，ZnO，In2O3等)或是掺杂的半导体金属氧化物也被应用于甲醛检测。但由于此类无机传感器比表面积较低，并且通常需要在高温下才能达到理想的检测效果，复杂的使用环境因此在使用过程中受到限制。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的具有高灵敏度的甲醛检测系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种甲醛检测系统以至少解决目前甲醛检测装置受环境影响较大、检测灵敏度低等问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种甲醛检测系统，包括：

光源，所述光源用于向甲醛检测系统入射光线；

传输光纤，所述传输光纤包括入射光纤和出射光纤，所述入射光纤连接光源和甲醛检测探头，用于将所述光源的光传输至甲醛检测探头；

甲醛检测探头，所述甲醛检测探头位于入射光纤和出射光纤之间，用于将入射光转化为荧光，经出射光纤传出，所述甲醛检测探头包括附着有Eu-NDC敏感薄膜的MOFs敏感元件；

微型光谱检测模块，所述微型光谱检测模块位于所述出射光纤和控制模块之间，用于将出射光纤传递的荧光变换为光谱，将光谱转换为电信号传递给控制模块；

控制模块，所述控制模块连接报警系统，用于将微型光谱检测模块的电信号进行计算控制，将计算结果显示出来；

报警系统，所述报警系统用于将控制模块传递的信息进行警报显示。

如上所述的一种甲醛检测系统，优选，所述控制模块为微型计算机。

如上所述的一种甲醛检测系统，优选，所述微型光谱检测模块为微型光谱仪。

如上所述的一种甲醛检测系统，优选，所述报警系统包括蜂鸣器和LED闪灯。

如上所述的一种甲醛检测系统，优选，所述微型光谱仪的型号为C10082CAH。

如上所述的一种甲醛检测系统，优选，所述所述微型光谱检测模块包括光输入连接器、透镜、光栅、CCD阵列探测器、光电转换器和电信号输出接口；所述光输入连接器连接出射光纤，用于将出射光纤的光传输至透镜；所述透镜位于所述光输入连接器和光栅之间，用于将甲醛检测探头发出的荧光进行折射，传递给光栅；所述光栅位于所述透镜和CCD阵列探测器之间，所述CCD阵列探测器位于所述光栅一侧的上方；所述光电转换器一侧连接CCD阵列探测器，用于将CCD阵列探测器测得的光谱转换为电信号，所述电信号输出接口连接在光电转换器的另一端，用于将微型光谱检测模块的信号传递给控制模块。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型的甲醛检测系统采用具有MOFs结构的Eu-NDC敏感薄膜制成光敏感元件，利用光致荧光发光原理制成的甲醛敏感探头，利用其Eu-NDC敏感薄膜与被检测空气中的甲醛相互作用所引起的光谱强度的改变来检测甲醛含量，价格低廉，具有选择性好、灵敏度高等优点，采用光纤传导光线，传输速度快，抗干扰能力强，采用微型光谱仪，光谱检测灵敏度高，检测范围比较合理，整机误报率低，对甲醛的精准检测具有重要的意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

其中：

图1为本实用新型实施例的甲醛检测系统示意图；

图2为本实用新型实施例的甲醛检测探头的爆炸图；

图3为本实用新型实施例的MOFs敏感元件的结构示意图。

图中：1、光源；2、入射光纤；3、出射光纤；4、MOFs敏感探头；41、MOFs敏感元件；411、玻璃衬板；412、Eu-NDC敏感薄膜；42、探头本体；421、盖板；422、遮光盖；43、入射光纤连接器；44、出射光纤连接器；45、进气柱；46、出气柱；461、微型泵；47、底座；5、微型光谱检测模块；51、光输入连接器；52、透镜；53、光栅；54、CCD阵列探测器；55、光电转换器；56、电信号输出接口；6、控制模块；7、报警系统。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本实用新型的具体实施例，如图1所示，甲醛检测系统包括：

光源1，光源1用于向甲醛检测系统入射光线；光源1为LED光源或者LD光源。

传输光纤，传输光纤包括入射光纤2和出射光纤3，入射光纤2连接光源1和甲醛检测探头，用于将光源1的光纤传输至甲醛检测探头。

甲醛检测探头，甲醛检测探头位于入射光纤2和出射光纤3之间，用于将入射光转化为荧光，经出射光纤3传出，甲醛检测探头为MOFs敏感探头4；MOFs敏感探头4包括MOFs敏感元件，Eu-NDC敏感薄膜412附着在MOFs敏感元件，该Eu-NDC敏感薄膜412具有双发射峰；在一般的镧系传感器中，大多数都是基于单发射发光的猝灭，它们常常会受到环境的影响，如波动源强度，传感器浓度等。这会导致检测的不准确；具有双发射峰的Eu-NDC敏感薄膜412传感器提供了一种自校准机制，用于比较不同发光中心的发光强度，而无需任何外部参考。当用波长360nm的光激发Eu-NDC敏感薄膜412时，Eu-NDC敏感薄膜412会发出荧光，其发射光谱主要有三个发射峰，其发射波长分别为453nm、590nm和612nm，检测荧光强度的变化可获得甲醛浓度；随着甲醛浓度的增加，在光谱发射波长612nm处发射的荧光强度逐渐下降，在光谱发射波长453nm处发射的荧光将逐渐增强，且光谱发射波长453nm处发射的荧光强度与光谱发射波长612nm处发射的荧光强度的比值与甲醛浓度保持良好的线性关系，利用这一规律可以测量甲醛的浓度；检测荧光强度的变化可获得甲醛浓度。

根据本实用新型的具体实施例，如图2和图3所示，甲醛检测探头包括：

探头本体42，探头本体42为盒状结构，探头本体42的上部开口，探头本体42的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设置有安装孔。

上盖，上盖密接于探头本体42上部的开口处，形成密闭结构；上盖包括盖板421和遮光盖422，盖板421上设置有导向孔，便于更换MOFs敏感元件41，遮光盖422安装在盖板421上导向孔的上方。

入射光纤连接器43，入射光纤连接器43装配在探头本体42的右侧面的安装孔内，便于将入射光线传导至甲醛检测探头。

出射光纤连接器44，出射光纤连接器44装配在探头本体42的左侧面的安装孔内，便于将探头本体42内的经反应后的光线传导出甲醛检测探头。

进气柱45，进气柱45装配在探头本体42的前侧面的安装孔内，进气柱45为圆柱状，在进气柱45的轴线处设置有进气口，进气口内设置有滤网，避免吸入灰尘等杂质，从而影响检测结果。

出气柱46，出气柱46装配在探头本体42的后侧面的安装孔内，出气柱46为圆柱状，在出气柱46的轴线处设置有出气口，出气柱46的末端设置有微型泵461，微型泵461的入口连接出气口，微型泵461的设置，使甲醛检测探头与内部形成负压，促使待检测气体从进气柱45进入探头本体42内，促进探头本体42内的气体流通，使检测更加精确。

MOFs敏感元件41，MOFs敏感元件41位于探头本体42内，探头本体42的前、后内壁设置有导向槽，MOFs敏感元件41通过盖板421上的导向孔插入探头本体42内的导向槽内，使MOFs敏感元件41竖直放立，将探头本体42分为左右两个腔室；MOFs敏感元件41包括玻璃衬板411和附着在玻璃衬板411上的Eu-NDC敏感薄膜412；在本实用新型的实施例中，Eu-NDC敏感薄膜412采用Eu-NDC敏感薄膜412，该薄膜具有双发射峰；在一般的镧系传感器中，大多数都是基于单发射发光的猝灭，它们常常会受到环境的影响，如波动源强度，传感器浓度等。这会导致检测的不准确；具有双发射峰的Eu-NDC敏感薄膜412传感器提供了一种自校准机制，用于比较不同发光中心的发光强度，而无需任何外部参考。当用波长360nm的光激发Eu-NDC敏感薄膜412时，Eu-NDC敏感薄膜412会发出荧光，其发射光谱主要有三个发射峰，其发射波长分别为453nm、590nm和612nm，检测荧光强度的变化可获得甲醛浓度；随着甲醛浓度的增加，在光谱发射波长612nm处发射的荧光强度逐渐下降，在光谱发射波长453nm处发射的荧光将逐渐增强，且光谱发射波长453nm处发射的荧光强度与光谱发射波长612nm处发射的荧光强度的比值与甲醛浓度保持良好的线性关系，利用这一规律可以测量甲醛的浓度；检测荧光强度的变化可获得甲醛浓度。MOFs敏感元件41位于探头本体42内部左侧，靠近出射光纤连接器44一侧，这样敏感薄膜发出的荧光更容易被接收光纤收集；Eu-NDC敏感薄膜412位于玻璃衬板411的右侧，靠近入射光纤连接器43一侧。

底座47，底座47为圆盘平台，用于承载探头本体42，探头本体42的底面装配在底座47的上表面，底座47设置有贯穿上下底面的装配孔，便于将甲醛检测探头装配在甲醛检测系统中。

该甲醛检测探头在使用时，将甲醛检测探头放入待检测环境中，首先将MOFs敏感元件41通过盖板421上的导向孔插入探头本体42内的导向槽内，盖上遮光盖422，确保密闭不透光；然后启动安装在出气柱46的微型泵461，使待检测气体在探头本体42内充分循环，光线通过入射光纤传导至探头本体42内，在待检测气体氛围中，激发MOFs敏感元件41发出荧光，荧光经过出射光纤传导出甲醛检测探头，进入下一部件进行分析。

微型光谱检测模块5，微型光谱检测模块5位于出射光纤3和控制模块6之间，用于将出射光纤3传递的荧光变换为光谱，将光谱转换为电信号传递给控制模块6；微型光谱检测模块5包括光输入连接器51，透镜52，光栅53，CCD阵列探测器54，光电转换器55，电信号输出接口56；光输入连接器51连接出射光纤3，用于将出射光纤3的光传输至透镜52；透镜52位于光输入连接器51和光栅53之间，用于将甲醛检测探头发出的荧光进行折射，传递给光栅53；光栅53位于透镜52和CCD阵列探测器54之间，CCD阵列探测器54位于光栅53一侧的上方；光电转换器55一侧连接CCD阵列探测器54，用于将CCD阵列探测器54测得的光谱转换为电信号，电信号输出接口56连接在光电转换器55的另一端，用于将微型光谱检测模块5的信号传递给控制模块6。在本实用新型的实施例中，微型光谱检测模块5采用型号为C10082CAH的微型光谱仪，其波长范围为200-800nm；其分辨率率为1nm；附带USB接口。

控制模块6，控制模块6连接报警系统7，用于将微型光谱检测模块5的电信号进行计算控制，将计算结果显示出来；控制模块6为微型计算机。

报警系统7，警显示系统用于将控制模块6传递的信息进行警报显示；报警系统7包括蜂鸣器和LED闪灯。

在本实用新型的实施例中，甲醛检测系统的使用过程为：Eu-NDC敏感薄膜412安置在密闭的甲醛检测探头中，采用泵吸入的方法将空气吸入流进到敏感元件表面；光源1发出的LED光由入射光纤2入射到Eu-NDC敏感薄膜412上激发出荧光，产生的荧光经过出射光纤3传输到微型光谱仪的微型光谱元件上，检测出荧光强度并转换为电信号(荧光强度与甲醛有对应关系)，该电信号传输至微型计算机，经过计算，将甲醛含量以数值形式显示在微型计算机，若甲醛含量超标，微型计算机通过报警系统7发出报警信号，LED闪灯闪烁、同时蜂鸣器发出警报声。

综上所述，本实用新型的甲醛检测系统采用Eu-NDC敏感薄膜附着在MOFs敏感元件，利用光化学传感器原理形成的MOFs敏感探头，利用其Eu-NDC敏感薄膜与被检测空气中的甲醛相互作用所引起的光谱强度的改变来检测甲醛含量，价格低廉，具有选择性好、灵敏度高等优点，采用光纤传导光线，传输速度快，抗干扰能力强，采用微型光谱仪，光谱检测灵敏度高，检测范围比较合理，整机误报率低，对甲醛的精准检测具有重要的意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种甲醛检测系统，其特征在于，所述甲醛检测系统包括：

光源，所述光源用于向甲醛检测系统入射光线；

传输光纤，所述传输光纤包括入射光纤和出射光纤，所述入射光纤连接光源和甲醛检测探头，用于将所述光源的光传输至甲醛检测探头；

甲醛检测探头，所述甲醛检测探头位于入射光纤和出射光纤之间，用于将入射光转化为荧光，经出射光纤传出，所述甲醛检测探头包括附着有Eu-NDC敏感薄膜的MOFs敏感元件；

微型光谱检测模块，所述微型光谱检测模块位于所述出射光纤和控制模块之间，用于将出射光纤传递的荧光变换为光谱，将光谱转换为电信号传递给控制模块；

控制模块，所述控制模块连接报警系统，用于将微型光谱检测模块的电信号进行计算控制，将计算结果显示出来；

报警系统，所述报警系统用于将控制模块传递的信息进行警报显示。

2.如权利要求1所述的一种甲醛检测系统，其特征在于，所述控制模块为微型计算机。

3.如权利要求1所述的一种甲醛检测系统，其特征在于，所述微型光谱检测模块为微型光谱仪。

4.如权利要求1所述的一种甲醛检测系统，其特征在于，所述报警系统包括蜂鸣器和LED闪灯。

5.如权利要求3所述的一种甲醛检测系统，其特征在于，所述微型光谱仪的型号为C10082CAH。

6.如权利要求1所述的一种甲醛检测系统，其特征在于，所述微型光谱检测模块包括光输入连接器、透镜、光栅、CCD阵列探测器、光电转换器和电信号输出接口；所述光输入连接器连接出射光纤，用于将出射光纤的光传输至透镜；所述透镜位于所述光输入连接器和光栅之间，用于将甲醛检测探头发出的荧光进行折射，传递给光栅；所述光栅位于所述透镜和CCD阵列探测器之间，所述CCD阵列探测器位于所述光栅一侧的上方；所述光电转换器一侧连接CCD阵列探测器，用于将CCD阵列探测器测得的光谱转换为电信号，所述电信号输出接口连接在光电转换器的另一端，用于将微型光谱检测模块的信号传递给控制模块。