基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)研宄、環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，氣體的定性及定量分析在食品工業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生、藥品工業(yè)、航空航天、化工控制和公安海關(guān)等諸多行業(yè)的重要性與日俱增。國內(nèi)外的科研人員很早就致力于研宄各種氣體的檢測方法和控制方法，研制各種各樣的氣體檢測和分析儀器，查閱文獻可知，當(dāng)前有大量的關(guān)于對嗅覺的模擬和對氣味的測定的研宄工作的報道。概括來說，這些方法分為3類:感官分析、化學(xué)分析、電子鼻技術(shù)。
[0003]最具有發(fā)展前途的氣體分析技術(shù)是電子鼻技術(shù)，也稱為人工嗅覺技術(shù)。上個世紀(jì)90年代初，Gardner和Bartlett給出了電子鼻的完整定，“電子鼻是一臺儀器，它由一個具有部分選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和一個合適的模式識別系統(tǒng)組成，能夠識別單一的或復(fù)合的氣味，還能夠用于識別單一成分的氣體/蒸汽或其混合物”。傳感器的作用就像生物受體一樣，而模式識別系統(tǒng)可以將傳感器從氣味獲得的信息轉(zhuǎn)換為“嗅覺圖像”，類似于我們的嗅覺。電子鼻將氣味識別為一個整體，在單個嗅覺圖像中揭示不同分子種類的綜合作用。它與人和動物的鼻子一樣，“聞到”的是目標(biāo)物的總體氣息。
[0004]傳統(tǒng)的檢測有毒氣體的測試儀器因測試時間長，操作繁雜，不易現(xiàn)場使用等特點而得不到推廣，而電子鼻的便攜性和簡易操作性可以很好的解決這一問題。
[0005]目前，電子鼻的研宄以國外居多，在國內(nèi)，對該項技術(shù)的研宄尚處于試驗階段，但由于電子鼻具有便攜及實時、在線、原位分析等特點，可用于氣味鑒別、復(fù)雜環(huán)境下氣體濃度鑒別和可燃氣體、有機揮發(fā)物或有毒氣體的鑒別，必將在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。正如分析器械把我們的視力延伸至眼睛看不見的波長，把我們的聽力延伸至耳朵聽不到的頻率，電子鼻也可能延伸我們的嗅覺。隨著傳感器技術(shù)的進展和人對嗅覺過程的深入了解，電子鼻的功能必將日益增強，愈來愈多地取代生產(chǎn)和生活過程中人鼻的作用，取得愈來愈廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置及檢測方法，能夠用于檢測多種有毒氣體，且具有靈敏度高，操作簡單，檢測成本低廉、便攜型好、受環(huán)境濕度影響小等優(yōu)點。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置，安裝在手機配套外殼中，并由相應(yīng)的應(yīng)用軟件控制，包括:為氣體檢測提供氣敏反應(yīng)所需的氣泵、芯片、插入芯片的卡槽、連接氣泵與芯片的進出氣管道、檢測所需的光源、導(dǎo)光板、透鏡、攝像頭和電源，所述氣泵與所述電源電性連接，所述電源又與所述光源電性連接，所述芯片是采用多種氣敏染料、在多孔基底上制成染色陣列并封裝而成的，所述光源通過所述導(dǎo)光板作用在所述芯片上的染色陣列上，并通過所述透鏡反應(yīng)到所述攝像頭上。
[0008]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述芯片在使用前為透明封閉結(jié)構(gòu)。
[0009]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述進出氣管道與所述芯片的接口處設(shè)有金屬插針，并采用橡膠塞密封。
[0010]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述芯片的內(nèi)部氣體反應(yīng)腔為真空或填充惰性氣體。
[0011]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述光源為LED光源。
[0012]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述進出氣管道為不銹鋼管或PE管。
[0013]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電源內(nèi)含有升壓電路模塊，所述電源通過USB接口為所述光源和氣泵供電。
[0014]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述氣體檢測裝置既可以在Android平臺上工作，也可以在1S平臺上工作。
[0015]本發(fā)明還提供一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
1)將為氣體檢測提供氣敏反應(yīng)所需的氣泵、檢測所需的光源、導(dǎo)光板、透鏡和電源正確安裝至手機配套外殼中，并將所述芯片插入至手機配套外殼中的卡槽內(nèi)，并采用進出氣管道連接所述氣泵與芯片，蓋好手機配套外殼的蓋子；
2)芯片上的進出氣管道接口上的金屬插針會自動刺穿橡膠塞從而使外界氣路通過氣泵與芯片內(nèi)部氣路相連，檢測時通過氣泵將被測氣體送入芯片的反應(yīng)氣室；
3)利用外置全光譜LED光源通過所述導(dǎo)光板實現(xiàn)光源在芯片上的染色陣列上均勻照射，并通過所述透鏡反應(yīng)到攝像頭上；
4)打開氣體檢測裝置的手機應(yīng)用軟件，利用攝像頭拍攝記錄芯片上的染色陣列與被測氣體反應(yīng)前后顏色變化的圖像，然后通過手機應(yīng)用軟件分析處理拍攝得到的圖片進行氣體檢測，判斷出被測氣體的種類，同時還能定量測定被測氣體的濃度。
[0016]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述手機應(yīng)用軟件的工作程序包括:在一次檢測過程中，控制攝像頭拍攝兩次圖像，兩次拍攝之間間隔一段時間，使染色陣列和被測氣體在這段時間中發(fā)生充分反應(yīng)；將拍攝得到的反應(yīng)前后的兩幅圖像的像素值相減，得到顏色變化的圖像；將顏色變化的圖像的像素值和數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)像素值進行比較，通過比較判斷出被測氣體的種類。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
O由于染色陣列和有毒氣體發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生顏色變化只需要5-10min，手機應(yīng)用軟件拍照和分析處理圖片、判斷得出結(jié)果不超過5s，因此整個檢測過程耗時很短，檢測過程非常簡單，而且快速；
2)由于本發(fā)明是基于智能手機的，智能手機被廣泛使用，并且手機配套的檢測外殼和定制的應(yīng)用軟件的成本不高，因此大大降低了使用此氣體檢測裝置的成本，價格低廉；
3)手機作為主體設(shè)備，因此便攜性很好，可以在化工工廠、辦公場所、街道小區(qū)等任何地方檢測空氣質(zhì)量，滿足不同環(huán)境檢測的需要，受環(huán)境濕度影響?。?br> 4)通過在定制的應(yīng)用軟件中添加GPS和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能，此氣體檢測設(shè)備能實現(xiàn)在線實時定位檢測。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1所示氣體檢測裝置使用時，芯片上的進出氣管道接口上的金屬插針刺穿橡膠塞的示意圖；
圖3是本發(fā)明一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置一較佳實施例的電路連接示意圖；
圖4是圖3所示導(dǎo)光板中間位置的截面圖；
圖5是基于TLC硅膠板的傳感器陣列；
附圖中各部件的標(biāo)記如下:1、氣泵，2、芯片，21、染色陣列，3、電源，31、升壓電路模塊，4、光源，5、導(dǎo)光板，6、透鏡，7、攝像頭，8、進出氣管道，9、卡槽，10、金屬插針，11、橡膠塞。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0020]請參閱圖1-圖5，本發(fā)明實施例包括:
一種基于智能手機和染色傳感陣列的氣體檢測裝置，安裝在手機配套外殼中，并由相應(yīng)的應(yīng)用軟件控制，所述應(yīng)用軟件分別針對Android操作系統(tǒng)和蘋果的1S系統(tǒng)，因此所述氣體檢測裝置既可以在Android平臺上工作，也可以在1S平臺上工作，且所述應(yīng)用軟件可以解決不同手機攝像頭差異的問題。
[0021]所述氣體檢測裝置包括:為氣體檢測提供氣敏反應(yīng)所需的氣泵1、芯片2、插入芯片2的卡槽9、連接氣泵I與芯片2的進出氣管道8、檢測所需的光源4、導(dǎo)光板5、透鏡6、攝像頭7和電源3。
[0022]所述氣泵I為微型氣泵，共有2個，皆通過USB接口與所述電源3電性連接，所述電源3又通過USB接口與所述光源4電性連接，所述電源3內(nèi)含有升壓電路模塊31，手機通過電源的OTG線輸出的5v電壓給氣泵I供電，經(jīng)過升壓電路模塊31升壓后的12v電壓給光源4供電，所述光源4為LED光源。
[0023]所述芯片2是采用多種氣敏染料、在多孔基底上制成染色陣列21并封裝而成的，所述光源4通過所述導(dǎo)光板5作用在所述芯片2上的染色陣列21上，并通過所述透鏡6反應(yīng)到所述攝像頭7上。透鏡6和手機攝像頭7在3D打印的支架作用下構(gòu)成光學(xué)接口。
[0024]所述芯片2在使用前為透明封閉結(jié)構(gòu)，所述進出氣管道8與所述芯片2的接口處設(shè)有金屬插針10，并采用橡膠塞11密封。
[0025]所述芯片2的內(nèi)部氣體反應(yīng)腔為真空或填充惰性氣體。
[0026]所述進出氣管道8為不銹鋼管或PE管。
[0027]所述氣體檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
I)將為氣體檢測提供氣敏反應(yīng)所需的氣泵1、檢測所需的光源4、導(dǎo)光板5、透鏡6和電源3正確安裝至手機配套外殼中，并將所述芯片2插入至手機配套外殼中的卡槽9內(nèi)，并采用進出