[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及呼吸氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采用光學(xué)相機(jī)的呼吸氣揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

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背景技術(shù)：
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疾病是每個(gè)人一生中無(wú)法避免的痛苦來(lái)源之一。它給人類(lèi)的正常生活帶來(lái)了極大的困擾乃至威脅。如何預(yù)防與及時(shí)診斷疾病一直都是人們研究的重要課題之一。當(dāng)前，許多重大的疾病都需要利用大型、復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，并且檢查費(fèi)用偏高，時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致許多疾病直到出現(xiàn)明顯癥狀才被診斷和治療。為此，醫(yī)療設(shè)備的小型化以及平民化正變得越來(lái)越重要。

研究發(fā)現(xiàn)，人的呼吸氣中含有許多揮發(fā)性有機(jī)物，這些有機(jī)物的成分以及含量會(huì)隨著人體的健康程度而發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)可以快速地對(duì)某些疾病進(jìn)行診斷。傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)方法是采用氣相色譜儀或質(zhì)譜儀對(duì)氣體的光譜或質(zhì)譜進(jìn)行分析，但是只能較準(zhǔn)確的區(qū)分或識(shí)別部分氣體，且設(shè)備成本過(guò)高；另一種氣體檢測(cè)方法是使用電子鼻，與前一種方法相比，具有成本相對(duì)較低、速度快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但是檢測(cè)結(jié)果容易受到無(wú)關(guān)氣體以及測(cè)試環(huán)境的干擾。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問(wèn)題和缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、安全可靠、基于光學(xué)相機(jī)的揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)配合使用多種不同的催化劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼吸氣中揮發(fā)性有機(jī)氣體成分與含量的檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種采用光學(xué)相機(jī)的呼吸氣揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于包括：

氣泵，載氣為空氣；

等離子發(fā)生器，等離子發(fā)生器的一端連接氣泵；

樣本氣袋，用于存儲(chǔ)樣本氣體；

注射器，與樣本氣袋連接并從樣本氣袋中抽取樣本氣體；

氣閥，設(shè)置在注射器上并控制其工作；

反應(yīng)腔，反應(yīng)腔的入口分別連接等離子發(fā)生器的出口和注射器的出口，反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有催化模塊；

相機(jī)，相機(jī)的鏡頭與催化模塊的面板相對(duì)；

計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)與相機(jī)連接。

反應(yīng)腔包括殼體，殼體頂部中間設(shè)有凹槽，凹槽設(shè)有催化模塊，殼體頂部設(shè)有透光面板，從而可使相機(jī)的鏡頭透過(guò)透光面板拍攝到催化模塊。

所述的催化模塊包括：載體，以及設(shè)置在載體上的溫度傳感器、溫度控制器、電加熱器和若干催化劑槽，每個(gè)催化劑槽內(nèi)均設(shè)有催化物質(zhì)。

所述的催化物質(zhì)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“/”表示兩種物質(zhì)的混合，混合比例根據(jù)實(shí)際情況選擇，且不局限于所列出的物質(zhì)。

所述的催化劑槽為16個(gè)，按照4×4的方格依次涂布于催化模塊表面，每個(gè)催化劑槽內(nèi)分別對(duì)應(yīng)設(shè)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“/”表示兩種物質(zhì)的混合，混合比例根據(jù)實(shí)際情況選擇，且不局限于所列出的物質(zhì)。

所述的透光面板為石英面板。

所述的殼體上開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣孔、出氣孔，進(jìn)氣孔分別連接等離子發(fā)生器的出口和注射器的出口。

所述的進(jìn)氣孔、出氣孔分別開(kāi)設(shè)在殼體底部?jī)蓚?cè)。

本發(fā)明還包括一種采用光學(xué)相機(jī)的呼吸氣揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法：氣泵將空氣作為載氣輸入到等離子發(fā)生器中；等離子發(fā)生器將空氣等離子化后進(jìn)一步輸入到反應(yīng)腔；注射器通過(guò)氣閥的控制，從樣本氣袋中抽取樣本氣體，并注入反應(yīng)腔中與載氣混合；催化模塊促使樣本氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光信號(hào)；相機(jī)通過(guò)鏡頭對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的催化模塊進(jìn)行拍攝，并將采集到的照片傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理及分析，計(jì)算機(jī)通過(guò)labview程序但不限于該labview程序隨即對(duì)這些照片進(jìn)行圖像處理，根據(jù)催化劑的分布情況，對(duì)照片中的不同區(qū)域進(jìn)行灰度值積分運(yùn)算，通過(guò)將圖像灰度分布曲線與已知訓(xùn)練氣體的灰度分布曲線進(jìn)行比較，得出樣本氣體中揮發(fā)性有機(jī)物的成分及含量。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明將呼吸氣中揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化，從而極大地簡(jiǎn)化了操作流程；由于本裝置采用光學(xué)相機(jī)對(duì)涂有催化物質(zhì)的催化模塊進(jìn)行圖像采集，可以一次獲取多種催化物質(zhì)對(duì)氣體響應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而提高了信號(hào)檢測(cè)的效率，增加了設(shè)備的使用壽命。此外，由于采用了自動(dòng)運(yùn)行，檢測(cè)過(guò)程具有良好的重復(fù)性，保證了結(jié)果的精度。

同時(shí)，本發(fā)明還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

由于實(shí)際應(yīng)用中催化物質(zhì)的種類(lèi)、數(shù)量、分布方式都可以根據(jù)具體需求進(jìn)行更改，具有良好的擴(kuò)展性。此外，所有催化物質(zhì)置于相同的測(cè)試環(huán)境中，有利于提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[附圖說(shuō)明]

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的呼吸氣中揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的呼吸氣中揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置中反應(yīng)腔的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的呼吸氣中揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置中催化模塊的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

如圖所示，圖中：1.相機(jī)2.鏡頭3.反應(yīng)腔4.催化模塊5.氣泵6.等離子發(fā)生器7.樣本氣袋8.氣閥9.注射器10.計(jì)算機(jī)31.殼體32.石英面板33.進(jìn)氣孔34.出氣孔41.載體42.催化物質(zhì)43.溫度傳感器44.溫度控制器45.電加熱器。

[具體實(shí)施方式]

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，這種裝置的結(jié)構(gòu)和原理對(duì)本專業(yè)的人來(lái)說(shuō)是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明為一種采用光學(xué)相機(jī)的揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置，其主要包括：光學(xué)相機(jī)、鏡頭、反應(yīng)腔、催化模塊、泵、等離子發(fā)生器、樣本氣袋、氣閥、注射器、計(jì)算機(jī)。其中，光學(xué)相機(jī)用于采集呼吸氣在不同種類(lèi)的催化物質(zhì)作用下產(chǎn)生的光信號(hào)；鏡頭用于優(yōu)化相機(jī)的成像性能；反應(yīng)腔為呼吸氣提供反應(yīng)的空間；催化模塊表面分布不同種類(lèi)的催化物質(zhì)，用于加快呼吸氣的反應(yīng)速率，同時(shí)具有加熱以及調(diào)節(jié)溫度的功能；泵用于提供載氣；等離子發(fā)生器用于將載氣等離子化，從而與呼吸氣中的揮發(fā)性有機(jī)物在高溫環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；樣本氣袋用于提供呼吸氣；氣閥用于切換氣路；注射器用于呼吸氣的抽取與注射；計(jì)算機(jī)用于對(duì)光學(xué)相機(jī)采集的照片進(jìn)行圖像處理與分析。

如圖1所示，氣泵5將空氣作為載氣輸入到等離子發(fā)生器6中；等離子發(fā)生器6將空氣等離子化后進(jìn)一步輸入到反應(yīng)腔3；注射器9通過(guò)氣閥8的控制，從樣本氣袋7中抽取樣本氣體，并注入反應(yīng)腔中與載氣混合；催化模塊4促使樣本氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光信號(hào)；相機(jī)1通過(guò)鏡頭2對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的催化模塊進(jìn)行拍攝，并將采集到的照片傳入計(jì)算機(jī)10進(jìn)行圖像處理及分析。

如圖2所示，反應(yīng)腔3由殼體31、石英面板32、進(jìn)氣孔33和出氣孔34組成。殼體31為樣本氣體提供反應(yīng)空間；石英面板32用于透光以及密封；進(jìn)氣孔33與出氣孔34分別用于氣體的輸入與排出。

如圖3所示，催化模塊4由載體41、催化物質(zhì)42、溫度傳感器43、溫度控制器44和電加熱器45組成。載體41提供加熱裝置的安裝以及催化物質(zhì)的承載；催化物質(zhì)42用于催化呼吸氣中不同揮發(fā)性有機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)；溫度傳感器43實(shí)時(shí)采集催化模塊表面的溫度信號(hào)；溫度控制器44用于控制加熱功率，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加熱溫度，保證催化模塊表面溫度恒定；加熱器45將催化模塊加熱到一定的溫度，從而加速呼吸氣的化學(xué)反應(yīng)速度，增強(qiáng)光信號(hào)強(qiáng)度。將16種催化劑：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塊表面。上述斜杠“/”表示兩種物質(zhì)的混合，混合比例根據(jù)實(shí)際情況選擇，催化物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量不局限于所列出的物質(zhì)。

使用時(shí)，首先將采用光學(xué)相機(jī)的采用光學(xué)相機(jī)的呼吸氣揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置接通220v/50hz市電，啟動(dòng)圖中未示例的電源開(kāi)關(guān)。再將裝有呼吸氣的樣本氣袋7接入采用光學(xué)相機(jī)的采用光學(xué)相機(jī)的呼吸氣揮發(fā)性有機(jī)物成分自動(dòng)檢測(cè)裝置。然后打開(kāi)計(jì)算機(jī)10，開(kāi)啟自動(dòng)檢測(cè)程序。如圖3所示，溫度傳感器43采集當(dāng)前催化模塊表面的溫度，并反饋給溫度控制器44；溫度控制器根據(jù)程序設(shè)定的目標(biāo)加熱溫度控制電加熱器45啟動(dòng)加熱，溫度傳感器將加熱后檢測(cè)到的溫度值實(shí)時(shí)反饋給溫度控制器，溫度控制器根據(jù)當(dāng)前溫度值與目標(biāo)溫度值之間的差值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加熱功率，直至溫度傳感器反饋的溫度恒定在目標(biāo)值附近。如圖1所示，啟動(dòng)氣泵5以及等離子發(fā)生器6，產(chǎn)生等離子氣體，作為載氣輸入反應(yīng)腔3。打開(kāi)氣閥8，注射器9抽取樣本氣袋7中的樣本氣體；關(guān)閉氣閥8，注射器9將樣本氣體注入反應(yīng)腔3。載氣與樣本氣體混合后從進(jìn)氣口33進(jìn)入反應(yīng)腔3中，并隨氣流經(jīng)過(guò)催化模塊4，在催化物質(zhì)以及高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光信號(hào)。計(jì)算機(jī)10通過(guò)預(yù)先設(shè)定的執(zhí)行流程控制光學(xué)相機(jī)1對(duì)催化模塊表面進(jìn)行拍攝，并實(shí)時(shí)接收采集到的照片。計(jì)算機(jī)端的labview程序隨即對(duì)這些照片進(jìn)行圖像處理，根據(jù)催化劑的分布情況，對(duì)照片中的不同區(qū)域進(jìn)行灰度值積分運(yùn)算。通過(guò)將圖像灰度分布曲線與已知訓(xùn)練氣體的灰度分布曲線進(jìn)行比較，得出樣本氣體中揮發(fā)性有機(jī)物的成分及含量。