專利名稱：毒氣偵檢儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種環境空氣質量自動監測器，特別是涉及一種毒 氣偵檢儀。
背景技術：
環保儀器儀表、環境與污染源檢測儀器儀表及自動測控系統(統稱 環保儀器儀表)既是環保源頭信息傳輸的依據，又是環境質量評價、監 控和環境科學管理的前提條件。環保儀器儀表是實現環保裝備機電一體 化，提高污染治理設備自動化水平的重要環節。目前環保類儀表的發展重點是大氣環境、生產環境安全、水環境的 環保監測自動化控制系統產品。隨著環保執法力度的加強和環保建設步 伐的加快，環保產業將是國民經濟新的增長點，面對數量巨大的環境檢 測站和化工、礦山生產環境的安全檢測，以及大量的城鎮污水處理及企 業廢水處理這個巨大的市場，今后環保類儀器工業產品市場將有大幅度 的增長。有毒有害氣體在空氣中擴散、污染，是造成大氣環境惡化的一個主 要原因之一。有效地監測和監控這些氣體的產生和泄漏，是保護大氣環境的重要措施。現有該類產品的使用的傳感器基本上都是半導體原理，該原理傳感
器的最大缺點是定性分析，即該儀器只能判斷檢測氣體的成份，不能定 量判斷氣體的濃度或含量。而電化學原理突破了不能定量的技術難題， 做到氣體檢測的定性與半定量有些氣體完全可以做到定量的監測分析。發明內容本實用新型提供一種可以較為準確地監測空氣中復雜成分的毒氣偵 檢儀。本實用新型毒氣偵檢儀包括采樣系統，電化學氣體傳感器，數據 處理系統和輸入/輸出系統，采樣系統通過氣路與電化學氣體傳感器降列 相聯通，數據處理系統通過電路連接方式與電化學氣體傳感器陣列和輸 入/輸出系統相連接；其中所述的電化學氣體傳感器為電化學氣體傳感器 陣列，電化學氣體傳感器陣列包括傳導性聚合物傳感器、聚合物合成物 傳感器、石英微量天平傳感器、表面聲波傳感器和量熱器傳感器等多種 類型的傳感器。本實用新型毒氣偵檢儀的采樣系統包括氣泵，用于氣體樣本的采集 和輸送。氣體樣本與電化學傳感器相互作用并產生電信號，數據處理系 統讀取該電信號，用智能模型分類運算法則對信號圖形進行解釋，得出 氣體的成分及含量。輸入/輸出系統包括數據顯示屏、操作面板、數據通 訊電路等。本實用新型毒氣偵檢儀應用了 "不同種類"的傳感器陣列，使一種 化合物可以充分表現為 一組傳感器的響應，實現多種氣體準確的定性及 定量分析，能夠執行一些甚至是巨大和昂貴的系統尚不從事的非常復雜 的分析監測任務。
圖1為本實用新型毒氣偵才企儀工作原理示意圖；圖2為本實用新型毒氣偵檢儀組成原理框圖；圖3為本實用新型毒氣偵檢儀系統結構圖；圖4為本實用新型毒氣偵檢儀整機工作流程示意圖。
具體實施方式
本實用新型毒氣偵檢儀技術特點主要為1) 應用了 "不同種類"的傳感器陣列，如傳導性的聚合物傳感器、 聚合物合成物傳感器、石英微量天平傳感器、表面聲波傳感器、量熱器 傳感器等多種類型的傳感器。2) 電化學傳感器與氣樣相互作用并產生的電信號，通過計算機讀取 獨特的信號圖形，用智能的模型分類運算法則的模型對信號圖形進行解 釋。3) 采樣系統重復地把分析物及濃縮分析物送到電化學傳感器。數據 處理系統采用統計學、模糊邏輯學、或神經網絡學等運算法則，確定分 析物的成分和含量。4 )濃縮分析物主要是指通過釆用專用的氣體過濾器將分析氣體中確 定的物質并已經分析含量后的物質進行過濾，這樣原有氣樣的濃度發生 了變化，被過濾的氣體濃度降低，其它氣體濃度升高，這樣對于尚未分 析的氣體被濃縮了。 一般來說被過濾的氣體具有較強的活性，其本身容 易對其它氣體產生千擾，同時也非常容易被單獨的過濾。比如，氧化性 很強的03,Cl2等，還原性較強的H2S、 NO等，當然在同一組氣樣里不會同 時存在氧化性及還原性都很強的氣體。本實用新型毒氣偵檢儀的工作原理毒氣偵檢儀采用新穎的傳感器陣列氣體檢測方法，其工作原理主要如下(如圖1所示)1. 檢測元件為電化學氣體傳感器，多只不同靈敏度的電化學傳感器 以特定的方式構成傳感器陣列，與氣體樣本相互作用，產生多路不同的傳感器陣列并且傳感器位置確定后將不能改變，具體電化學傳感器的數 量和類型可以根據需要檢測氣體組分的多少及種類確定。在傳感器陣列 中首先設置對活性較強氣體組分進行分析的傳感器，如對首先設置對03、 Ch等較強氧化性或H2S、 NO等較強還原性組分進行分析的傳感器。例如 當需求同時檢測分析03、 02、 S02、苯、HC、 C02等一個含有有較強氧化性 的多組份氣體分析的情況，在檢測傳感器陣列里應將03、 S02的傳感器應 放在陣列頭排。在需求H2S、 CO、苯、甲醛、汽油等一組含有較強還原性 的氣體組份中應盡量將H2S、 NO傳感器放在陣列頭排。2. 對各路電信號進行處理，每路電信號作為特征變量，各路電信號 共同構成表征某 一 氣體的特征向量或特征圖形，建立不同氣體的各自不 同的特征向量或特征圖形。3. 計算機智能軟件用模型分類運算法則對特征圖形進行解釋和分類 識別，最終確定氣體樣品的成分和含量。本實用新型毒氣偵檢儀的工作流程本實用新型毒氣偵檢儀可以采用在線和便攜兩種方式操作(工作流 程如圖4所示)。 1. 在線方式工作時，儀器根據工作時間周期的設定，自動從待機模 式進入工作模式。也可隨時接受指揮中心的指令，立即進入工作模式。 按照規定的通信協議和指揮中心的指令要求，輸出檢測結果。2. 便攜方式工作時，儀器由操作面板按鍵操作，按設定的測試周期 進行工作。檢測結果存入數據庫加以記錄。檢測記錄也可以轉發到其它 設備或信息中心。具體工作流程為儀器開機后進行自檢，如有異常則輸出故障指示， 儀器通過自檢后進入工作模式，順序進行采集氣體樣本、讀取各路路感 信號數據、建立特征圖形、分類識別、判定氣體成分、計算濃度等過程， 計算濃度的結果進行存儲顯示，判斷濃度是否超限，如超限向指揮中心 報警，最后根據設定或指揮中心的指令確定是循環操作還是進入待機模 式。綜上可見，用電化學傳感器陣列構成的智能型毒氣偵檢儀，將化學傳 感技術與模式識別技術、計算機技術等有機地結合在一起，能準確、可 靠地偵檢、測量多種不同氣體，技術先進。如圖3所示，本實用新型毒氣偵檢儀系統結構包括標氣配制混合室、 氣泵、陣列傳感器組、數據識別器庫、顯示屏、操作面板、控制執行單 元等部分，并在以下幾方面實現了技術創新1) 本系統應用了不同種類的傳感器陣列(如圖2所示)，為可檢測危 險氣體的裝置，且使用 一臺儀器能檢測眾多化合物。2) 具備分析能力；由于傳感器陣列的開闊維數，這種維數稱為它們 的"特征空間"。由于傳感器的化學響應的多樣性而創造了特征空間。3) 本監測器使用多組傳感器，而一種化合物可以充分表現為一組傳
感器的響應，擴大了儀器的適應能力，能夠執行一些甚至是巨大和昂貴 的系統尚不能從事的非常復雜的分析任務。4) 用穩壓器、電化學電池，能夠在不同電位下工作并能夠改變電流 的測量值。通過選擇不同的電位設定，控制電化學傳感器中電解液與不 同的分々斤物起反應。5) 電化學傳感器與氣樣相互作用并產生的電信號，通過計算機讀取 獨特的信號圖形，用智能的模型分類運算法則的模型對信號圖形進行解 釋。即數據處理系統具圖形對比功能，把采集到的氣體特征圖形與儀器 內存儲單元數據識別器庫中圖形進行對比，進而分類識別并進行含量計 算，得出最終結果。解決了用傳統分析方法無法獲得準確結果的問題， 具備了準確的化合物檢測能力。6) 數據處理系統采用了矩陣模型數學分析方法，即建立監測氣體數據庫的數學模型及檢測氣體的數據分析的基本依據。整個建立和分析的 過程就像矩陣數學模型的列題和解題過程一樣。首先，將一定濃度的需 要監測的氣體分別通入傳感器組，通過傳感器組的不同傳感器得到響應 矢量圖形。其次，將所得到的矢量圖通過矩陣排列法形成數學模型，并 將該模型存貯于大容量的存貯模塊中，并在氣體分析中使用。再次，在 氣樣分析中將得到的新的傳感器矢量組與存儲單元的數學模型對照參 比，先得到氣體中含有的成份。最后，利用回歸法得到氣體組份中氣體 含量。本實用新型毒氣偵檢儀中涉及的器件可以選用現有各種商品，也可 以根據性能需要按本領域知識制造，涉及的數學模型、數據處理方法， 以及電子技術、計算機技術等內容均是本領域的成熟技術。 本實用新型毒氣偵檢儀的主要技術與性能指標A. 自動連續檢測，不受環境限制，解決了復雜氣體相互干擾導致檢 測結杲不準確的問題；B. 多種氣體混合時，可準確檢測出氣體成分與含量；且空氣成分越 復雜，分析結果越準確；C. 可加聲光報警、特大LCD液晶屏顯示；D. 可縮減體積，改為便攜式；采用穩壓電源或可充電鋰電池供電；E. 才企測原理應用了不同種類的傳感器陣列；F. 可檢測氣體種類包括1 )二氧化氮2)氮氧化物3)硫化氫4)氨5)苯6) —氧化碳7)環 己烷8)醋酸9)四氯化碳10)曱醛ll)氯甲笨12)丙烯酸乙酯13)硝 基曱烷14)氯仿15)吡啶16)曱苯17)二氧化硫18)四氫呋喃19)氯 20)硝基苯21)丙酮22)四氯乙烯等。本實用新型毒氣偵檢儀適用于復雜成分的氣體監測系統，如能實時 在線監測曱烷、三苯、乙烯等多種可燃或易燃易爆氣體，在軍工、化工、 建材、科學研究、衛生防疫、勞動保護等行業具有廣泛的應用領域。同 時可應用于農藥、藥品、汽車尾氣、工業廢氣(含事故泄漏)乃至毒品 的檢測或在線監測，具有環保易操作等特性，應用前景廣泛。
權利要求1、 一種毒氣偵4全7f義，包括采樣系統，電化學氣體傳感器，數據處 理系統和輸入/輸出系統，采樣系統通過氣路與電化學氣體傳感器降列相 聯通，數據處理系統通過電路連接方式與電化學氣體傳感器陣列和輸入/ 輸出系統相連接；其特征在于所述的電化學氣體傳感器為電化學氣體 傳感器陣列，電化學氣體傳感器陣列包括傳導性聚合物傳感器、聚合物 合成物傳感器、石英微量天平傳感器、表面聲波傳感器和量熱器傳感器。
2、 按照權利要求1所述的毒氣偵檢儀，其特征在于所述的采樣系 統包括氣泵。
3、 按照權利要求1所述的毒氣偵檢儀，其特征在于所述的輸入/ 輸出系統包括數據顯示屏、操作面板和數據通訊電路。
4、 按照權利要求1所述的毒氣偵檢儀，其特征在于所述的電化學構成傳感器陣列并且傳感器位置確定后將不能改變，在傳感器陣列中首 先設置對活性較強氣體組分進行分析的傳感器。
5、 按照權利要求1所述的毒氣偵檢儀，其特征在于數據處理系統 采用矩陣模型數學分析方法。
6、 按照權利要求1所述的毒氣偵檢儀，其特征在于采用穩壓電源 或采用可充電鋰電池供電。
專利摘要本實用新型涉及一種毒氣偵檢儀。包括采樣系統，電化學氣體傳感器，數據處理系統和輸入/輸出系統，其中電化學氣體傳感器為電化學氣體傳感器陣列，電化學氣體傳感器陣列包括傳導性聚合物、聚合物合成物、石英微量天平、表面聲波和量熱器多種類型的傳感器。本實用新型毒氣偵檢儀能夠檢測、識別和監測百萬分率以上級的危險氣體和蒸汽，可用于識別和量化多種空氣傳播的化學品。本實用新型毒氣偵檢儀適用于復雜成分的氣體監測系統，在軍工、化工、建材、科學研究、衛生防疫、勞動保護等行業具有廣泛的應用領域。
文檔編號G01N27/407GK201037832SQ200620148810
公開日2008年3月19日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年10月27日
發明者孫京華, 孫士宏, 孫海巖 申請人:北京康爾興科技發展有限公司