專利名稱：基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于V0Cs檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光催化技術(shù)的V0Cs 檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，使得新型建材、保溫材料及室 內(nèi)裝演材料被廣泛使用；同時(shí)各種化妝品、除臭劑、殺蟲劑和品種繁多的洗滌劑也開始大量 應(yīng)用于家庭，它們大都可直接揮發(fā)出各種有機(jī)化合物(V0Cs)。空氣中VOCs濃度雖低，但大 多數(shù)有毒性和致癌作用，對(duì)人體造成潛在威脅。所以，研究V0Cs氣體污染監(jiān)測(cè)和控制方法 是十分迫切的。 許多分析技術(shù)，如GC， GC-MS， HPLC， FTIR，熒光光譜法、離子色譜法、光聲光譜法等 等，都可以用來檢測(cè)V0Cs。但這些檢測(cè)方法基本需經(jīng)歷采樣、樣品預(yù)處理和檢測(cè)等過程，程 序復(fù)雜、耗時(shí)且檢測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴。因此，研究實(shí)用的V0Cs檢測(cè)技術(shù)不僅是必要的而且是 迫切的，金屬氧化物氣敏傳感器作為低成本、便攜式的檢測(cè)手段具有良好的發(fā)展前景。 現(xiàn)有的金屬氧化物氣敏傳感器主要是利用了金屬氧化物在一定溫度條件下跟所 接觸的氣體相互作用而導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生變化這一性質(zhì)。金屬氧化物氣敏材料表面吸附的氧 一般具有02—，0—，02—三種帶負(fù)電荷的形式存在，具體為哪種形式是由環(huán)境溫度決定的。實(shí)驗(yàn) 研究表明在低溫下，氧化物表面吸附的氧是以"分子離子"02—形式存在的，隨著溫度的升 高就轉(zhuǎn)變?yōu)?原子離子"0—和02—，吸附氧在金屬氧化物表面俘獲大量電子，致使材料電導(dǎo)減 ?。唤佑|周圍環(huán)境中的還原性氣體時(shí)，還原性氣體即被0—氧化并釋放自由電子，金屬氧化物 的電導(dǎo)率也因此而增加，起到傳感的作用。但該方法由于工作溫度高，不僅功耗大，而且在 濃度較大的場(chǎng)合，容易引發(fā)火災(zāi)及爆炸等危險(xiǎn)。 此外，氣敏傳感器長期工作在過高濃度VOCs環(huán)境中，很容易使傳感器靈敏度下 降，傳統(tǒng)金屬半導(dǎo)體氧化物氣敏傳感器使用時(shí)，有時(shí)采用加熱脫附的方法來去除這些過量 吸附的氣體，但從現(xiàn)有使用情況看，加熱脫附一方面無法完全脫附，另外加熱容易引發(fā)火災(zāi) 甚至爆炸。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在利用石英晶體微天平原理提供一種基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè) 系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。 所述的基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由光源、氣敏傳感器、測(cè)控 系統(tǒng)板配合構(gòu)成，光源、氣敏傳感器分別與測(cè)控系統(tǒng)板控制連接，相對(duì)于光源的照射位置配 合設(shè)置氣敏傳感器。 所述的基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的測(cè)控系統(tǒng)板包括CPU 處理模塊及與其控制連接的光源控制模塊、傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊和通訊 模塊，光源控制模塊與光源控制連接，傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊分別與氣敏傳感器控制連接，通訊模塊用于與外部設(shè)備建立通訊連接。 所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的氣敏傳感器包括支 架，支架上部設(shè)置晶體，晶體前后兩端面上連接設(shè)置電極，電極通過引腳與測(cè)控系統(tǒng)板連 接，前一端面的電極上復(fù)合設(shè)置敏感膜。 所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于光源、氣敏傳感器之間配合 設(shè)置會(huì)聚鏡。 所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的光源采用紫外光、可 見光、或紅外光。 所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的敏感膜采用半導(dǎo)體
氧化物制作成型，所述的半導(dǎo)體氧化物為Ti02或Zn0 ;所述的晶體為石英晶體。 上述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)思新穎、應(yīng)用靈活方便，在實(shí)施V0Cs檢
測(cè)時(shí)不需要其他化學(xué)助劑，同時(shí)具有檢測(cè)靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用范圍廣、可實(shí)時(shí)
在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；另外該V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)可便捷、安全地實(shí)施自潔凈，且脫附干凈、徹底，可
有效提高氣敏傳感器的使用效果和壽命。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型電路方框圖； 圖3為本實(shí)用新型所述氣敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1-光源、2_會(huì)聚鏡、3_氣敏傳感器、31-晶體、32_敏感膜、33_電極、34-支 架、35-引腳、4-測(cè)控系統(tǒng)板、41-電源模塊、42-通訊模塊、43-CPU處理模塊、44_光源控制 模塊、45-傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、46-傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明 圖1、圖2所示為基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，由光源1、氣敏傳感器3、測(cè)控 系統(tǒng)板4配合構(gòu)成，光源1、氣敏傳感器3分別與測(cè)控系統(tǒng)板4控制連接，相對(duì)于光源1的 照射位置配合設(shè)置氣敏傳感器3，為增加照射效果，光源1、氣敏傳感器3之間配合設(shè)置會(huì)聚 鏡2。測(cè)控系統(tǒng)板4由電源模塊41供電，CPU處理模塊43分別與光源控制模塊44、傳感器 驅(qū)動(dòng)模塊45、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊46和通訊模塊42控制連接；光源控制模塊44與光源1 控制連接，可控制光源1的頻率、照射強(qiáng)度、和/或脈沖寬度；傳感器驅(qū)動(dòng)模塊45、傳感器信 號(hào)檢測(cè)模塊46分別與氣敏傳感器3控制連接，傳感器驅(qū)動(dòng)模塊45控制氣敏傳感器3的驅(qū) 動(dòng)，傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊46用于對(duì)氣敏傳感器3進(jìn)行檢測(cè)，接收氣敏傳感器3的頻率響應(yīng) 信號(hào)；CPU處理模塊43同時(shí)處理所接收的頻率響應(yīng)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)氣體的濃度信號(hào)，通 過輸出通訊模塊42輸出，通訊模塊42用于與外部設(shè)備建立通訊連接。光源l采用采用紫 外光、可見光、或紅外光。氣敏傳感器3包括支架34，支架34上部設(shè)置晶體31，晶體31前 后兩端面上連接設(shè)置電極33，電極33通過引腳35與測(cè)控系統(tǒng)板4連接，前一端面的電極 33上復(fù)合設(shè)置敏感膜32。晶體31采用采用石英晶體，敏感膜32采用Ti02或Zn0或其它半 導(dǎo)體氧化物制作成型。氣敏傳感器3在光源1有序的照射下，敏感膜32吸附和光催化降解有機(jī)物氣體的平衡狀態(tài)不斷發(fā)生變化，影響晶體31微天平的頻率通過檢測(cè)此頻率變化可測(cè)定有機(jī)物氣體濃度，同時(shí)通過改變平衡條件可達(dá)到傳感器自潔凈，該檢測(cè)系統(tǒng)具有便攜、穩(wěn)定、安全的特點(diǎn)。 氣敏傳感器3的敏感膜32的光催化基本原理，以敏感膜32采用Ti02制作為例進(jìn)行說明1102在一定波長的光激發(fā)后，導(dǎo)帶上的電子受到激發(fā)而躍遷產(chǎn)生激發(fā)電子，同時(shí)在價(jià)帶上就產(chǎn)生空穴。這些電子和空穴帶有一定的能量，而且可以自由遷移，當(dāng)它們遷移到催化劑表面時(shí)則可與被吸附在催化劑表面的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生大量的具有高活性的自由基。在半導(dǎo)體1102中，這些光生電子和空穴具有較長的壽命(大約為250ns)，有足夠的時(shí)間讓電子和空穴轉(zhuǎn)移到晶體的表面。沒有被復(fù)合的光生空穴遷移到顆粒表面后，被表面吸附的水或羥基(D)所俘獲，使它們給出電子形成強(qiáng)氧化性自由基-OH(D+)，而催化劑表面的吸附氧(A)得到遷移到表面的光生電子形成02—陰離子自由基(A)。 -OH有很高的反應(yīng)活性，幾乎無選擇地將吸附在催化劑表面的有機(jī)物氧化，并最終降解為H20和C02。 Ti02本身既是VOCs氣敏材料，能吸附VOCs，又是很好的光催化劑，對(duì)VOCs進(jìn)行降解，因此在光照射條件下，該敏感層中既存在VOCs又存在光催化降解VOCs的過程，該動(dòng)態(tài)平衡能反應(yīng)VOCs的濃度。 應(yīng)用上述的基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)方法，先由測(cè)控系統(tǒng)板4控制光源1對(duì)氣敏傳感器3進(jìn)行有序的照射；氣敏傳感器3根據(jù)光照條件吸附和光催化降解有機(jī)物氣體使平衡狀態(tài)不斷發(fā)生變化從而影響石英晶體微天平的頻率；測(cè)控系統(tǒng)板4接收并處理氣敏傳感器3頻率響應(yīng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)氣體的濃度信號(hào)輸出。測(cè)控系統(tǒng)板4包括CPU處理模塊43及與其控制連接的光源控制模塊44、傳感器驅(qū)動(dòng)模塊45、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊46和通訊模塊42，測(cè)控系統(tǒng)板4通過光源控制模塊44控制光源1對(duì)氣敏傳感器3進(jìn)行有序的照射，對(duì)光源1的控制包括調(diào)制波形、頻率、和/或照射強(qiáng)度，使光源1受測(cè)控系統(tǒng)板4控制按預(yù)先設(shè)定的調(diào)制波形、頻率、照射強(qiáng)度對(duì)氣敏傳感器3進(jìn)行有序的照射。傳感器驅(qū)動(dòng)模塊45驅(qū)動(dòng)氣敏傳感器3，氣敏傳感器3根據(jù)光照條件吸附和光催化降解有機(jī)物氣體使平衡狀態(tài)不斷發(fā)生變化從而影響石英晶體微天平的頻率；傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊46接收氣敏傳感器3頻率響應(yīng)信號(hào)，由CPU處理模塊43處理所接收的頻率響應(yīng)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)氣體的濃度信號(hào)通過輸出通訊模塊42輸出。 基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)自潔凈方法，將該系統(tǒng)置于潔凈環(huán)境中，光源1可采用紫外光、可見光、或紅外光，由測(cè)控系統(tǒng)板4控制光源1以不小于lmW/cm2的光照強(qiáng)度對(duì)氣敏傳感器3進(jìn)行連續(xù)照射直到氣敏傳感器3輸出頻率穩(wěn)定為止，使氣敏傳感器3表面的吸附和降解達(dá)到新的平衡，恢復(fù)氣敏傳感器3對(duì)一定濃度VOCs最初的敏感性，達(dá)到自身完成傳感器的潔凈工作。
權(quán)利要求基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于由光源(1)、氣敏傳感器(3)、測(cè)控系統(tǒng)板(4)配合構(gòu)成，光源(1)、氣敏傳感器(3)分別與測(cè)控系統(tǒng)板(4)控制連接，相對(duì)于光源(1)的照射位置配合設(shè)置氣敏傳感器(3)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的測(cè)控系 統(tǒng)板(4)包括CPU處理模塊(43)及與其控制連接的光源控制模塊(44)、傳感器驅(qū)動(dòng)模塊 (45)、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊(46)和通訊模塊(42)，光源控制模塊(44)與光源(1)控制連 接，傳感器驅(qū)動(dòng)模塊(45)、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊(46)分別與氣敏傳感器(3)控制連接，通訊 模塊(42)用于與外部設(shè)備建立通訊連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的氣敏傳感 器(3)包括支架(34)，支架(34)上部設(shè)置晶體(31)，晶體(31)前后兩端面上連接設(shè)置電 極(33)，電極(33)通過引腳(35)與測(cè)控系統(tǒng)板(4)連接，前一端面的電極(33)上復(fù)合設(shè) 置敏感膜(32)。
4. 如權(quán)利要求l所述的基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于光源(1)、氣敏 傳感器(3)之間配合設(shè)置會(huì)聚鏡(2)。
5. 如權(quán)利要求l所述的基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的光源(1) 采用紫外光、可見光、或紅外光。
6. 如權(quán)利要求3所述的基于光催化技術(shù)的V0Cs檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的敏感膜 (32)采用半導(dǎo)體氧化物制作成型，所述的半導(dǎo)體氧化物為Ti(^或ZnO;所述的晶體(31)為 石英晶體。
專利摘要基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，屬于VOCs檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域。由光源、氣敏傳感器、測(cè)控系統(tǒng)板配合構(gòu)成基于光催化技術(shù)的VOCs檢測(cè)系統(tǒng)，光源、氣敏傳感器分別與測(cè)控系統(tǒng)板控制連接，相對(duì)于光源的照射位置配合設(shè)置氣敏傳感器。由光源對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行有序的照射，測(cè)控系統(tǒng)板接收并處理氣敏傳感器頻率響應(yīng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)氣體的濃度信號(hào)輸出即可實(shí)現(xiàn)VOCs檢測(cè)，具有檢測(cè)靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用范圍廣、可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。將系統(tǒng)置于潔凈環(huán)境中，光源以一定的光照強(qiáng)度對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行連續(xù)照射，即可便捷、安全地實(shí)施白潔凈，且脫附干凈、徹底，可有效提高氣敏傳感器的使用效果和壽命。
文檔編號(hào)G01N27/12GK201464409SQ20092011930
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者鄭俊褒 申請(qǐng)人:鄭俊褒