實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一氧化氮檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 中一氧化氮濃度的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一氧化氮檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -氧化氮（N0)是無(wú)色無(wú)味、不溶于水的有毒氣體。由于一氧化氮帶有自由基， 這使它的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?。當(dāng)它與氧氣反應(yīng)后，可形成具有腐蝕性的氣體一一二氧化氮 (N02)，二氧化氮可使一氧化氮和氧氣的反應(yīng)鈍化。
[0003] -氧化氮具有強(qiáng)氧化性，易與有機(jī)物接觸燃燒，遇到氫氣時(shí)會(huì)爆炸性化合。接觸空 氣會(huì)散發(fā)出棕色有酸性氧化性的棕黃色霧。一氧化氮較不活潑，但在空氣中易被氧化成二 氧化氮，二氧化氮有強(qiáng)烈腐蝕性和毒性。
[0004] 目前對(duì)于低濃度一氧化氮檢測(cè)方法主要依靠?jī)x器分析的方法，如氣相色譜法等。 上述檢測(cè)方法雖然可以準(zhǔn)確的檢測(cè)環(huán)境中微量一氧化氮的濃度，但是普遍存在檢測(cè)周期 長(zhǎng)、成本昂貴等不足，而且，需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的熟練技術(shù)人員操作儀器設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)環(huán) 境中微量一氧化氮的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確快速檢測(cè)。
[0005] 因此，目前使用的用于微量一氧化氮的檢測(cè)系統(tǒng)存在靈敏度低、選擇性差、穩(wěn)定性 差或者不能長(zhǎng)期使用的問(wèn)題。
[0006] 中國(guó)專(zhuān)利授權(quán)公告號(hào)：CN101846610A，授權(quán)公告日2010年9月29日，公開(kāi)了一種 氣體檢測(cè)裝置及氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其包括石英板、第一電極、第二電極及吸附層，所述石英板 具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第一電極形成于第一表面，所述第二電極形成于第 二表面，所述吸附層形成于第一電極表面，所述吸附層由銥-二氧化銥納米棒組成，用于吸 附待檢測(cè)氣體，以使氣體檢測(cè)裝置的質(zhì)量發(fā)生變化，從而獲得待檢測(cè)氣體的濃度。該發(fā)明存 在檢測(cè)速度慢，檢測(cè)精度低的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的氣體檢測(cè)方法的檢測(cè)周期長(zhǎng)、成本高、設(shè)備昂貴 的不足，提供了一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中一氧化氮濃度的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一氧化 氮檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一氧化氮檢測(cè)系統(tǒng)，包括控制器，存儲(chǔ)器、底板，設(shè)于底板上的橫 截面呈矩形的氣室和支撐架，設(shè)于支撐架上的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和橫向絲桿；
[0010] 所述氣室內(nèi)壁頂部設(shè)有頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和用于向下吹風(fēng)的若干個(gè)風(fēng)扇，氣 室上部?jī)?nèi)設(shè)有由電熱絲構(gòu)成的第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)，第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)之間設(shè) 有若干塊間隔分布的氣體敏感膜，第二金屬網(wǎng)下部的氣室內(nèi)設(shè)有用于將氣室分隔為上下兩 部分的水平隔板，氣室內(nèi)底部設(shè)有超聲波接收器、托板、檢測(cè)頭和沿托板上表面螺旋分布的 軌道，檢測(cè)頭上設(shè)有MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化氮傳感器；
[0011] 橫向絲桿一端與設(shè)于支撐架上的第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，所述氣室上設(shè)有用于插入 水平隔板的開(kāi)口，水平隔板外端設(shè)有連接板，檢測(cè)頭下部設(shè)有用于帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道運(yùn)動(dòng) 的第二電機(jī)，連接板與絲桿螺紋連接，連接板與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動(dòng)連接，位于水平隔板上部和下 部的氣室上分別設(shè)有一組進(jìn)氣管和出氣管；進(jìn)氣管和出氣管上均設(shè)有電磁閥；開(kāi)口和水平 隔板之間設(shè)有密封結(jié)構(gòu)；水平隔板上部的進(jìn)氣管上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)；
[0012] 控制器分別與頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、存儲(chǔ)器、各個(gè)電扇、各個(gè)電 磁閥、第一金屬網(wǎng)、第二金屬網(wǎng)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化 氮傳感器電連接。
[0013] 氣體敏感膜用于吸附實(shí)驗(yàn)室氣體，氣體敏感膜具有氣體富集作用，可將氣體敏感 膜依次在HN03(1 : 1)、丙酮和雙蒸水中超聲清洗15min，清洗后的電極置于室溫下晾干備 用；按一定比例將蘋(píng)果汁與聚乙二醇溶液混合，用超聲振蕩均勻得到混合物，用微量注射器 吸取5 μ L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 % Naf ion的混合物，滴涂于氣體敏感膜表面，室溫下晾干待用。
[0014] 頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和超聲波接收器用于帶動(dòng)氣體敏感膜最大幅度的震動(dòng)，第 一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)用于加熱氣體敏感膜，從而使氣體敏感膜中吸附的氣體盡可能多的 散發(fā)出來(lái)；各個(gè)風(fēng)扇用于將經(jīng)過(guò)烘烤從氣體敏感膜中散發(fā)出來(lái)的氣體吹向氣室下部，便于 各個(gè)傳感器檢測(cè)；水平隔板用于分隔氣室上部和下部，從而方便氣室上部和下部同時(shí)進(jìn)行 氣體富集和傳感器清洗；支撐架、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、橫向絲桿和第一電機(jī)用于帶動(dòng)水平隔板水平移 動(dòng)，從而使控制器可通過(guò)第一電機(jī)控制水平隔板將氣室內(nèi)分為上下兩部分或者使氣室恢復(fù) 為一個(gè)整體；托板給軌道提供支撐，軌道給檢測(cè)頭提供移動(dòng)至托板不同部位的導(dǎo)向，MQ-2 傳感器和MQ-135傳感器分別用于檢測(cè)環(huán)境信號(hào)，一氧化氮傳感器用于檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w 信號(hào)；第二電機(jī)用于帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道移動(dòng)。
[0015] 由于傳感器對(duì)被檢測(cè)的目標(biāo)氣體均具有交叉敏感特性，因此本發(fā)明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，一氧化氮傳感器作為檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w的主傳感 器，將MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化氮傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行融合，得到了傳感器 融合信號(hào)signal (t)，從而既保留了主傳感器的檢測(cè)信息，又保留了主傳感器與輔助傳感器 之間的信號(hào)差異信息，提高了檢測(cè)精度。
[0016] 因此，本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)一氧化氮具有較好的選擇 性，能夠檢測(cè)出濃度更低的微量一氧化氮?dú)怏w，從而有效的保障人們身體健康的特點(diǎn)。
[0017] 作為優(yōu)選，所述軌道包括基板、設(shè)于基板上表面的兩條間隔設(shè)置的凹槽，所述凹槽 底面上設(shè)有等間隔排列的齒條；所述檢測(cè)頭底部設(shè)有兩個(gè)與凹槽相配合的齒輪；所述第二 電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與設(shè)于兩個(gè)齒輪之間的連接軸相連接。
[0018] 作為優(yōu)選，所述基板上設(shè)有第一擋板，與第一擋板相對(duì)的第二擋板；第一擋板、第 二擋板上設(shè)有對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向滑槽；所述齒輪的連接軸兩端設(shè)有用于插入第一擋板、第二擋板 的導(dǎo)向滑槽的延伸軸；檢測(cè)頭下表面設(shè)有與第一擋板、第二擋板上表面滾動(dòng)接觸的若干個(gè) 滾珠。導(dǎo)向滑槽、延伸軸和滾珠的設(shè)置，使檢測(cè)頭的穩(wěn)定性更好，摩擦力更小。
[0019] 作為優(yōu)選，所述支撐架包括開(kāi)口向下的U形架、設(shè)于氣室前部和后部的L形架；所 述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為設(shè)于U形架和兩個(gè)L形架之間的兩條橫梁；所述連接板呈矩形，連接板下部設(shè) 有用于穿過(guò)兩條橫梁的2個(gè)通孔，連接板上部設(shè)有用于與橫向絲桿配合的絲桿孔。
[0020] 作為優(yōu)選，氣體敏感膜內(nèi)設(shè)有若干個(gè)間隔分布的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有伸出氣體敏感 膜上下表面之外的碳納米管?？涨缓吞技{米管增加了氣體敏感膜對(duì)氣體的吸附能力。
[0021] -種實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一氧化氮檢測(cè)系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：
[0022] (6-1)控制器控制氣室下部的進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥均打開(kāi)，通過(guò)進(jìn)氣管向 氣室下部?jī)?nèi)充入潔凈空氣，對(duì)MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化氮傳感器清洗6至20分 鐘，清洗完畢后，控制器控制氣室下部的進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥均關(guān)閉；
[0023] (6-2)控制器控制氣室上部的進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥打開(kāi)，通過(guò)進(jìn)氣管向氣 室內(nèi)循環(huán)充入待檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室氣體，各個(gè)氣體敏感膜吸附氣體，10至20分鐘后控制器控制 氣室上部的進(jìn)氣管和出氣管上的電磁閥關(guān)閉；
[0024] (6-3)控制器控制第一電機(jī)帶動(dòng)橫向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向絲桿通過(guò)連接板帶動(dòng)水平隔 板向氣室外水平移動(dòng)，使水平隔板內(nèi)端移至與開(kāi)口相接觸位置時(shí)，控制器控制第一電機(jī)停 止工作；
[0025] (6-4)控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波、超聲波接收器接收超聲波， 控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波的從5Hz逐漸增大頻率增大，直至使超聲 波接收器接收的超聲波幅度最大時(shí)，控制器控制頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波的頻 率保持穩(wěn)定，超聲波帶動(dòng)氣體敏感膜震動(dòng)；
[0026] 控制器控制第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)通電，同時(shí)控制各個(gè)電扇工作，氣體敏感膜 吸附的氣體進(jìn)入氣室下部，5至10分鐘后，控制器控制第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)斷電，各個(gè) 電扇停止工作，可調(diào)超聲波發(fā)生器和超聲波接收器停止工作；
[0027] (6-5)控制器控制第一電機(jī)帶動(dòng)橫向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向絲桿通過(guò)連接板帶動(dòng)水平隔 板向氣室內(nèi)水平移動(dòng)，使水平隔板外端移至與開(kāi)口相接觸位置相接觸時(shí)，控制器控制第一 電機(jī)停止工作；
[0028] (6-6)控制器通過(guò)第二電機(jī)帶動(dòng)檢測(cè)頭沿軌道移動(dòng)，MQ-2傳感器、MQ-135傳感器 和一氧化氮傳感器檢測(cè)氣體信號(hào)，控制器收到一氧化氮傳感器的檢測(cè)信號(hào)SI (t)、MQ-2傳 感器的檢測(cè)信號(hào)32(〇，1^-135傳感器的檢測(cè)信號(hào)53(〇;控制器利用公式以8仙1(〇=51 2(t) + (Sl (t)-S2(t))2+(Sl (t)-S3(t))2計(jì)算傳感器融合信號(hào) signal ⑴；
[0029] (6-7)存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)有隨機(jī)共振模型和一氧化氮濃度預(yù)測(cè)模型，將 signal (t)輸入隨機(jī)共振模型中，控制器計(jì)算隨機(jī)共振模型共振時(shí)的輸出信噪比SNR，
[0030] 將SNR輸入一氧化氮濃度預(yù)測(cè)模型中，得到被檢