本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術領域，特別是涉及一種穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法。

背景技術：

在日常生活中，不論室內或室外，這些化合物無處不在，人們每天都暴露在含有大量VOCs的環(huán)境中，如裝修的油漆與木質家具，汽油、柴油等石油類衍生產(chǎn)品等。因此，需要通過某些快速便捷的可穿戴檢測手段，實時自動監(jiān)測、分析和評估環(huán)境中VOCs的濃度水平，在超過標準安全濃度后發(fā)出預警，以規(guī)避部分疾病的誘因，改善個人健康狀況并有助于保護環(huán)境。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置，可長時間自動的、持續(xù)的、動態(tài)的監(jiān)測環(huán)境中的有害氣體，實現(xiàn)多揮發(fā)源復雜環(huán)境中檢測不同濃度的有害氣體，并可進行聲光報警，體積小便于設計成穿戴式產(chǎn)品。

本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)上述目的：一種穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置，其包括電路板、電連接在所述電路板一邊的電源裝置、固定在所述電路板中部的且內部設置有腔體的檢測氣室、與所述檢測氣室連通的微型氣泵、電連接在所述電路板上位于所述檢測氣室兩側的偏置電路、固定在所述腔體內的若干傳感器以及電連接在所述電路板一邊的信號輸出接口，所述傳感器包括甲醛檢測傳感器、苯檢測傳感器和TVOC檢測傳感器。

進一步的，在所述微型氣泵與所述檢測氣室連通的通道上設置有干燥過濾裝置。

進一步的，所述電路板上電連通設置有聲光報警器和控制模塊。

進一步的，所述控制模塊包括設置在所述腔體內的溫濕度檢測模塊、與所述溫濕度檢測模塊電連通的單片機、與所述傳感器電連通的信號處理模塊以及數(shù)據(jù)通訊模塊。

進一步的，裸露在所述電路板表面的引線表面經(jīng)過沉金處理。

進一步的，所述傳感器呈陣列形式布置在所述檢測氣室內。

進一步的，所述電源裝置包括儲蓄電池、與所述儲蓄電池電連通的外電源接口以及電源開關。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種穿戴式實時環(huán)境監(jiān)測方法。

本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)上述目的：一種穿戴式實時環(huán)境監(jiān)測方法，其包括以下步驟，

1)所述微型氣泵間隔一定時間的將環(huán)境氣體經(jīng)過所述干燥過濾裝置抽入所述檢測氣室內；

2)所述傳感器產(chǎn)生響應信號；

3)響應信號經(jīng)過濾波放大；

4)經(jīng)過濾波放大后的響應信號傳遞至所述單片機進行模數(shù)轉換(A/D)；

5)所述單片機結合所述溫濕度檢測模的數(shù)據(jù)對響應信號進行修正；

6)修正后的響應信號傳遞至所述信號處理模塊；

7)所述信號處理模塊對信號進行處理后傳輸至所述數(shù)據(jù)通訊模塊，同時所述單片機將有關數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)通訊模塊中。

進一步的，所述數(shù)據(jù)通訊模塊通過藍牙或USB將數(shù)據(jù)傳輸至手機客戶端或PC終端。

進一步的，在所述步驟2中，所述傳感器產(chǎn)生響應信號的步驟如下，

1)選取甲醛、苯和總揮發(fā)性有機化合物(TVOC)典型的環(huán)境有害氣體作為初步檢測對象；

2)通過檢測標準濃度的氣體確定系統(tǒng)檢測范圍；

3)分析穩(wěn)態(tài)峰值與對應濃度的相關性，繪制擬合曲線并作為標定方程；

4)以斜率和擬合程度同時最大為最優(yōu)原則來選取所述傳感器的檢測結果，并得出相應信號。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明一種穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法的有益效果在于：

1)可長時間自動的、持續(xù)的、動態(tài)的監(jiān)測環(huán)境中的有害氣體，通過手動設置檢測氣體的種類，傳感器響應經(jīng)過信號處理與計算分析后得到氣體濃度值，數(shù)據(jù)可通過藍牙定時發(fā)送至智能手機，顯示觀測點氣體濃度值并存儲，或通過USB后期傳輸至上位機，以便觀測和分析大數(shù)據(jù)，繪制濃度圖譜；

2)可記錄所在位置的甲醛、苯或TVOC的濃度值，實現(xiàn)多揮發(fā)源復雜環(huán)境中檢測不同濃度的有害氣體，并可進行聲光報警；

3)結構緊湊，體積較小，便于設計成臂帶、腰帶佩戴在身上，開啟電源后無需其他操作即可長時間檢測環(huán)境氣體濃度，并可實時發(fā)送至手機，在超過標準安全濃度后發(fā)出預警，或存儲數(shù)據(jù)傳送至上位機，以便在后期進行大數(shù)據(jù)分析；

4)具有自動化、低成本、實時性好、操作便捷等優(yōu)點。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中的控制方法步驟示意圖；

圖中數(shù)字表示：

1電路板，11溫濕度檢測模塊，12單片機，13信號處理模塊，14數(shù)據(jù)通訊模塊；2電源裝置，21儲蓄電池，22外電源接口，23電源開關；3檢測氣室；4微型氣泵；5偏置電路；6傳感器；7信號輸出接口；8干燥過濾裝置；9聲光報警器。

【具體實施方式】

實施例：

請參照圖1、圖2，本實施例為穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置，其包括電路板1、電連接在電路板1靠近一邊的電源裝置2、固定在電路板1中部的且內部設置有腔體的檢測氣室3、與檢測氣室3連通的微型氣泵4、電連接在電路板1上位于檢測氣室3兩側的偏置電路5、固定在檢測氣室3內的若干傳感器6以及電連接在電路板1一邊的信號輸出接口7。在微型氣泵4與檢測氣室3連通的通道上設置有干燥過濾裝置8。電路板1上還設置有聲光報警器9。

電路板1上設置有控制模塊，控制模塊包括設置在檢測氣室3內的溫濕度檢測模塊11、與溫濕度檢測模塊11電連通的單片機12、與傳感器6電連通的信號處理模塊13以及數(shù)據(jù)通訊模塊14。數(shù)據(jù)通訊模塊14與單片機12通過SPI通信連接。

電路板1表面不包含阻焊層，以避免傳感器6以及偏置電路5在工作時發(fā)熱導致油泥釋放出揮發(fā)性物質對檢測環(huán)境造成干擾。電路板1表面裸露的引線表面經(jīng)過沉金處理，進一步減少了干擾氣體的揮發(fā)，排除其對系統(tǒng)檢測的影響。

傳感器6優(yōu)選的為MOS傳感器或CMOS傳感器。傳感器6包括甲醛檢測傳感器、苯檢測傳感器、TVOC檢測傳感器。傳感器6呈陣列形式布置在檢測氣室3內，以便能夠保證監(jiān)測結果的準確性。

電源裝置2包括儲蓄電池21、與儲蓄電池21電連通的外電源接口22以及電源開關23。

檢測氣室3通過微型氣泵4進行氣體的抽入與排出。

本實施例基于穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其包括以下步驟：

1)微型氣泵4間隔一定時間的將環(huán)境氣體經(jīng)過干燥過濾裝置8抽入檢測氣室3內，干燥過濾裝置8主要可以除去環(huán)境氣體中的水分和大顆粒物質；

2)傳感器6對進入檢測氣室3的氣體進行檢測產(chǎn)生響應信號；

3)傳感器6中產(chǎn)生響應信號經(jīng)過濾波放大；

4)經(jīng)過濾波放大后的響應信號傳遞至單片機12進行模數(shù)轉換(A/D)；

5)單片機12輸出模擬信號調整傳感器6的偏置與增益，同時，溫濕度檢測模塊11持續(xù)檢測檢測氣室3內的溫度和濕度，將數(shù)據(jù)傳至單片機12對傳感器6的響應信號進行修正，消除環(huán)境中的其他因素造成的誤差；

6)修正后的響應信號傳遞至信號處理模塊13；

7)信號處理模塊13對信號進行處理后傳輸至數(shù)據(jù)通訊模塊14，同時單片機12通過SPI通信將有關數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)通訊模塊14中；

8)數(shù)據(jù)通訊模塊14通過藍牙或USB將數(shù)據(jù)傳輸至手機客戶端或PC終端；

9)微型氣泵4將環(huán)境氣體排出。

為了更好地監(jiān)測室內或室外常見的有害氣體對人體或環(huán)境造成的危害及影響，在步驟2中，首先選取甲醛、苯和總揮發(fā)性有機化合物(TVOC)等典型的環(huán)境有害氣體作為初步檢測對象，通過檢測標準濃度的氣體確定系統(tǒng)檢測范圍(0.01～0.5mg/m3)，分析穩(wěn)態(tài)峰值與對應濃度的相關性，繪制擬合曲線并作為標定方程，以斜率和擬合程度(R²)同時最大為最優(yōu)原則來選取傳感器6的檢測結果，并得出相應信號。

本實施例中，傳感器6相應穩(wěn)定時間為30s，系統(tǒng)可設置任意大于30s的數(shù)據(jù)發(fā)送間隔，把目標氣體濃度通過藍牙上傳至手機，或通過USB傳輸至上位機(PC終端)。

本實施例穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置可應用于車內污染、室內裝潢、室外環(huán)境等有害氣體的實時和快速監(jiān)測。如經(jīng)過太陽暴曬后的車內裝飾材料、室內裝潢的各種涂料和建材、室外環(huán)境中的汽車尾氣等都極易揮發(fā)出烴類、烷基類、芳香族類等有害氣體。

本實施例穿戴式實時環(huán)境氣體監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法的有益效果在于：

1)可長時間自動的、持續(xù)的、動態(tài)的監(jiān)測環(huán)境中的有害氣體，通過手動設置檢測氣體的種類，傳感器響應經(jīng)過信號處理與計算分析后得到氣體濃度值，數(shù)據(jù)可通過藍牙定時發(fā)送至智能手機，顯示觀測點氣體濃度值并存儲，或通過USB后期傳輸至上位機，以便觀測和分析大數(shù)據(jù)，繪制濃度圖譜；

2)可記錄所在位置的甲醛、苯或TVOC的濃度值，實現(xiàn)多揮發(fā)源復雜環(huán)境中檢測不同濃度的有害氣體，并可進行聲光報警；

3)結構緊湊，體積較小，便于設計成臂帶、腰帶佩戴在身上，開啟電源后無需其他操作即可長時間檢測環(huán)境氣體濃度，并可實時發(fā)送至手機，在超過標準安全濃度后發(fā)出預警，或存儲數(shù)據(jù)傳送至上位機，以便在后期進行大數(shù)據(jù)分析；

4)具有自動化、低成本、實時性好、操作便捷等優(yōu)點。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。