本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

vocs是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds)的英文縮寫。普通意義上的vocs就是指揮發(fā)性有機(jī)物；但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物，即會產(chǎn)生危害的揮發(fā)性有機(jī)物。揮發(fā)性有機(jī)物通常是指在常壓下沸點(diǎn)低于260℃或者是溫室飽和蒸氣壓大于71pa的有機(jī)物。vocs氣體種類繁多，來源廣泛，對人體呼吸、消化、心血管、內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)都會造成不同程度的傷害，其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產(chǎn)生畸變、癌變。隨著社會各界對揮發(fā)性有機(jī)化合物防治監(jiān)測認(rèn)識的不斷加深，近些年國家也制訂和出臺了部分揮發(fā)性有機(jī)物的排放標(biāo)準(zhǔn)以及與之相對應(yīng)配套的分析方法。

vocs氣體檢測方法多種多樣，揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測主要有離線分析和在線監(jiān)測兩種方式。離線分析方法主要有吸附劑采樣-高效液相色譜分析技術(shù)、罐采樣-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析技術(shù)等。離線的分析方法可多點(diǎn)同時采樣，進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物區(qū)域分布規(guī)律的研究，但時間分辨率低，人為因素影響較大，采樣過程復(fù)雜，難以滿足對大氣化學(xué)變化過程研究的需要。在線監(jiān)測方法主要有在線氣相色譜技術(shù)和質(zhì)子轉(zhuǎn)移質(zhì)譜技術(shù)等，共同的特點(diǎn)是時間分辨率高，避免了樣品保存等帶來的干擾。在線監(jiān)測技術(shù)中也存在各種誤差來源，需要對監(jiān)測的過程實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證。其中最準(zhǔn)確也是最常用的方法是氣相色譜-質(zhì)譜法。就分析方法而言，氣相色譜-質(zhì)譜法包括了采樣、預(yù)濃縮、分離和檢測四個步驟。就氣相色譜-質(zhì)譜法來看，該測定法雖然客觀精確，但分析時間較長，儀器笨重不易攜帶，且大多是利用現(xiàn)場采樣或者現(xiàn)場氣體濃縮技術(shù)再把樣品帶到實(shí)驗室中進(jìn)行濃縮、分離與檢測，不適合實(shí)時性要求較高的檢測和現(xiàn)場在線檢測，且檢測過程復(fù)雜、耗費(fèi)大量人力物力。而且現(xiàn)有vocs氣體檢測方面存在儀器體積笨重、不易攜帶、檢測過程復(fù)雜、耗時較長且不易實(shí)現(xiàn)在線檢測的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法。該系統(tǒng)利用pid傳感器對待測環(huán)境中的vocs氣體濃度進(jìn)行檢測，通過對傳感器的輸出進(jìn)行合理分析，確定待測氣體濃度大小，實(shí)現(xiàn)對vocs氣體的現(xiàn)場在線測量，并結(jié)合上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示和保存功能。整個檢測過程簡單易操作，實(shí)時性好，不需要預(yù)濃縮處理就能進(jìn)行低濃度檢測，且儀器安裝簡單、合理，具有良好的抗壓性和抗震性。

本發(fā)明解決所述系統(tǒng)技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種vocs氣體檢測系統(tǒng)，包括vocs氣體檢測儀和上位機(jī)，其特征在于所述vocs氣體檢測儀包括機(jī)箱、進(jìn)樣模塊、檢測模塊和控制模塊；所述進(jìn)樣模塊、檢測模塊和控制模塊均安裝在機(jī)箱內(nèi)部；

所述機(jī)箱的后面板上設(shè)置有電源開關(guān)、電源接口、清洗進(jìn)氣口、待測氣體進(jìn)氣口和排氣口；

所述檢測模塊包括氣室和氣體檢測傳感器；所述氣體檢測傳感器固定在氣室內(nèi)部，有一個氣室進(jìn)氣口和一個氣室出氣口；

所述進(jìn)樣模塊放包括閥和泵；所述清洗進(jìn)氣口與閥的一個進(jìn)氣閥口連接，待測氣體進(jìn)氣口與閥的另一個進(jìn)氣閥口連接；閥的出氣閥口與氣室的氣室進(jìn)氣口連接；氣室的氣室出氣口與泵的進(jìn)氣泵口連接；泵的出氣泵口和排氣口連接，形成氣路；

所述控制模塊包括主控板和電源模塊；所述主控板與上位機(jī)連接；所述電源模塊通過電源接口連接與外部電源連接，為系統(tǒng)供電；所述電源模塊分別與閥、泵和主控板通過導(dǎo)線連接。

本發(fā)明解決所述方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種vocs氣體檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，并未按下上位機(jī)的開始測量按鍵，vocs氣體檢測儀開始進(jìn)行清洗，主控板控制閥和泵動作，閥打開連接清洗進(jìn)氣口的進(jìn)氣閥口和出氣閥口；同時，泵工作，將清洗進(jìn)氣口處的潔凈空氣或者氮?dú)獬槿霘饴罚瑢饴愤M(jìn)行清洗，將氣路中殘余的其他氣體吹洗干凈，單片機(jī)開始對氣體檢測傳感器輸出的信號進(jìn)行采集，并對采集到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去極值平均濾波處理，將得到的平均值作為氣體檢測傳感器輸出的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)接收和顯示；清洗過程使得氣體檢測傳感器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)，即輸出曲線平穩(wěn)；

第二步，按下上位機(jī)的開始測量按鍵，上位機(jī)向主控板發(fā)送指令，主控板接收到上位機(jī)指令，控制閥動作，關(guān)閉連接清洗進(jìn)氣口的進(jìn)氣閥口，打開連接待測氣體進(jìn)氣口的進(jìn)氣閥口和出氣閥口，將待測氣體進(jìn)氣口處的待測氣體抽入氣路，開始檢測；待測氣體進(jìn)入氣路之后，被氣室中的氣體檢測傳感器電離，產(chǎn)生模擬電壓輸出信號；產(chǎn)生的模擬電壓輸出信號通過信號調(diào)理電路進(jìn)行電平匹配，被單片機(jī)采集，并由單片機(jī)對采集到的信號進(jìn)行去極值平均濾波處理和上位傳輸；測量過程中，vocs氣體檢測儀實(shí)時向上位機(jī)發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到vocs氣體檢測儀發(fā)送的信號之后，對得到的信號進(jìn)行處理、顯示和保存；

第三步，按下上位機(jī)的停止測量按鍵，將測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并同時向vocs氣體檢測儀發(fā)送指令；主控板接收到上位機(jī)指令，控制閥和泵動作，關(guān)閉連接待測氣體進(jìn)氣口的進(jìn)氣閥口，打開連接清洗進(jìn)氣口的進(jìn)氣閥口和出氣閥口，將清洗進(jìn)氣口處的潔凈空氣或者氮?dú)獬槿霘饴罚瑢饴愤M(jìn)行清洗；清洗完成之后，關(guān)閉泵和閥，結(jié)束檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

(1)本系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粶y環(huán)境中的vocs氣體進(jìn)行快速現(xiàn)場在線檢測，測量結(jié)果客觀準(zhǔn)確精度高，系統(tǒng)重復(fù)性、實(shí)時性和線性度均良好，并可用于持續(xù)在線監(jiān)測和多點(diǎn)檢測，且可以對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和保存。

(2)本系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，操作簡單，響應(yīng)迅速，檢測用時短，檢測限低，不需要利用色譜或質(zhì)譜等檢測方法就能進(jìn)行ppb級濃度檢測。

(3)體積小巧，便于攜帶，安裝簡單、合理，并且支持無線數(shù)據(jù)傳輸，可在多個節(jié)點(diǎn)安裝，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)式檢測，具有良好的抗壓性和抗震性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法一種實(shí)施例的系統(tǒng)工作原理圖；

圖2為本發(fā)明vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法一種實(shí)施例的vocs氣體檢測儀整體結(jié)構(gòu)俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法一種實(shí)施例的vocs氣體檢測儀后視示意圖；

圖4為本發(fā)明vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法一種實(shí)施例的vocs氣體檢測儀主控板的電路圖；(圖中：1、電源開關(guān)；2、電源接口；3、清洗進(jìn)氣口；4待測氣體進(jìn)氣口；5、排氣口；6、泵；7、閥；8、電源模塊；9、機(jī)箱；10、主控板；11、氣室；12、單片機(jī)；13、信號調(diào)理電路；14、傳感器接線端子；15、閥及泵接線端子；16、光耦控制電路；17、pc機(jī)；18、智能手機(jī)；19、無線傳輸模塊)

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，不限制本申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種vocs氣體檢測系統(tǒng)(簡稱系統(tǒng)，參見圖1-4)，包括vocs氣體檢測儀和上位機(jī)，其特征在于所述vocs氣體檢測儀包括機(jī)箱9、進(jìn)樣模塊、檢測模塊和控制模塊；所述進(jìn)樣模塊、檢測模塊和控制模塊均安裝在機(jī)箱9內(nèi)部；待測氣體通過進(jìn)樣模塊進(jìn)入檢測模塊進(jìn)行檢測；檢測過程中，控制模塊控制進(jìn)樣模塊和檢測模塊動作以完成檢測；

所述機(jī)箱9由1.5mm厚的不銹鋼板和鋁板拼接而成，外形尺寸為長100mm、寬100mm和高50mm；機(jī)箱9的后面板上設(shè)置有電源開關(guān)1、電源接口2、清洗進(jìn)氣口3、待測氣體進(jìn)氣口4和排氣口5；所述清洗進(jìn)氣口3外接氮?dú)鈿馄炕驖崈艨諝鈿馄?，用于清洗氣?1，將氣室和氣路中的雜氣吹掉；所述排氣口5用于檢測產(chǎn)生的廢氣的排出，可以外接收集氣瓶對檢測產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行收集；

所述檢測模塊放置在機(jī)箱9左側(cè)，包括氣室11和氣體檢測傳感器；所述氣體檢測傳感器固定在氣室11內(nèi)部；所述氣體檢測傳感器以10.6ev的pid傳感器為檢測元件；所述氣室11用于保證氣密性，有一個氣室進(jìn)氣口和一個氣室出氣口；

所述進(jìn)樣模塊放置在機(jī)箱9右側(cè)，包括閥7和泵6；所述閥7為三通電磁閥，工作電壓為直流12v，有兩個進(jìn)氣閥口和一個出氣閥口，且此三通閥可以根據(jù)需要更換為多通閥；所述泵6為隔膜泵，工作電壓為直流12v，有一個進(jìn)氣泵口和一個出氣泵口，工作時，流速控制為150ml/min，采用泵吸式工作方式；所述清洗進(jìn)氣口3與閥7的一個進(jìn)氣閥口連接，待測氣體進(jìn)氣口4與閥7的另一個進(jìn)氣閥口連接；閥7的出氣閥口與氣室11的氣室進(jìn)氣口連接；氣室11的氣室出氣口與泵6的進(jìn)氣泵口連接；泵6的出氣泵口和排氣口5連接，形成氣路；所述氣路均由聚四氟乙烯軟管和不銹鋼接頭進(jìn)行連接，保證氣密性；

所述控制模塊包括主控板10和電源模塊8；主控板10放置在機(jī)箱9左側(cè)，電源模塊8放置在機(jī)箱9右側(cè)；所述主控板10與上位機(jī)連接；所述主控板10包括單片機(jī)12、信號調(diào)理電路13、傳感器接線端子14、閥及泵接線端子15和光耦控制電路16；所述單片機(jī)12通過信號調(diào)理電路13與傳感器接線端子14連接，信號調(diào)理電路13用于實(shí)現(xiàn)對輸出入單片機(jī)信號的電平匹配；所述單片機(jī)12通過光耦控制電路16與閥及泵接線端子15，用于實(shí)現(xiàn)主控板10對閥7和泵6的控制；所述氣體檢測傳感器通過傳感器接線端子14與主控板10導(dǎo)線連接；所述閥7和泵6通過閥及泵接線端子15與主控板10導(dǎo)線連接；所述單片機(jī)12與無線傳輸模塊19連接；所述電源模塊8為輸入交流220v輸出直流12v和直流5v的開關(guān)電源，通過導(dǎo)線與電源接口2連接，通過電源接口2將電源模塊8與外部電源連接，為系統(tǒng)供電；所述電源模塊8分別與閥7、泵6和主控板10通過導(dǎo)線連接；直流5v電源輸出給主控板10供電，直流12v輸出給閥7和泵6供電；氣體檢測傳感器的電源由主控板10提供。

所述單片機(jī)12的型號是c8051f020。

所述信號調(diào)理電路13采用三片雙路運(yùn)算放大器芯片lm358進(jìn)行信號放大和電平匹配。同時，在單片機(jī)12的8路adc輸入通道中預(yù)留兩路與傳感器接線端子14直連的通道。

所述光耦控制電路16采用兩片四路光耦芯片ps2502-4進(jìn)行控制，且加入手自動控制切換和工作狀態(tài)指示燈，通過撥動開關(guān)或光耦的通斷，控制三極管的通斷，實(shí)現(xiàn)對閥7和泵6的控制。

所述上位機(jī)是裝有上位機(jī)軟件的pc機(jī)17或裝有數(shù)據(jù)終端app的智能手機(jī)18；所述主控板10與pc機(jī)17有線連接，或者主控板10通過無線傳輸模塊19與智能手機(jī)18無線連接；pc機(jī)17的上位機(jī)軟件利用labview進(jìn)行開發(fā)，智能手機(jī)18端的數(shù)據(jù)終端app利用java語言進(jìn)行開發(fā)。

vocs氣體檢測儀布局時，將易產(chǎn)生電磁干擾的進(jìn)樣模塊和電源模塊8放置在機(jī)箱一側(cè)，將主控板10和檢測模塊放置在機(jī)箱另一側(cè)，并用厚度為1mm金屬屏蔽隔板與右側(cè)隔開，避免氣室11內(nèi)的氣體檢測傳感器受到干擾。具體為所述檢測模塊放置在機(jī)箱9左側(cè)，進(jìn)樣模塊放置在機(jī)箱9右側(cè)，主控板10放置在機(jī)箱9左側(cè)，電源模塊8放置在機(jī)箱9右側(cè)。

傳感器接線端子14和閥及泵接線端子15均預(yù)留出8路通道，方便增加傳感器數(shù)量和更換多通閥。

所述氣體檢測傳感器可根據(jù)檢測氣體的不同，增加氣體檢測傳感器的類型和數(shù)量，形成氣體檢測傳感器陣列。所述氣室可根據(jù)需要更換為適用于氣體檢測傳感器陣列的氣室。

所述上位機(jī)軟件可對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理、顯示和保存，且上位機(jī)軟件內(nèi)置氣體庫，包含多種氣體校正系數(shù)，可以根據(jù)需要進(jìn)行自定義。

系統(tǒng)搭建完成后，用5ppm異丁烯標(biāo)準(zhǔn)氣通過外標(biāo)法進(jìn)行標(biāo)定。

本發(fā)明同時提供了一種vocs氣體檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，上電并打開上位機(jī)軟件，連接好上位機(jī)和vocs氣體檢測儀，并對上位機(jī)端口進(jìn)行配置。上電后，主控板10開始運(yùn)行，運(yùn)行時先對單片機(jī)12所用的看門狗程序、通訊端口、定時器和adc等寄存器進(jìn)行初始化。初始化后，并未按下上位機(jī)的開始測量按鍵，vocs氣體檢測儀開始進(jìn)行清洗，主控板10控制閥7和泵6動作，閥7打開連接清洗進(jìn)氣口3的進(jìn)氣閥口和出氣閥口。同時，泵6工作，將清洗進(jìn)氣口3處的潔凈空氣或者氮?dú)獬槿霘饴罚瑢饴愤M(jìn)行清洗，將氣路中殘余的其他氣體吹洗干凈，并打開單片機(jī)12的adc，開始對氣體檢測傳感器輸出的信號進(jìn)行采集，并對采集到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去極值平均濾波處理，將得到的平均值作為氣體檢測傳感器輸出的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)接收和顯示。清洗過程可以使氣體檢測傳感器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)，即輸出曲線平穩(wěn)，該過程需要3～5min。

第二步，按下上位機(jī)的開始測量按鍵。上位機(jī)軟件由測量按鍵和停止按鍵兩個按鍵的狀態(tài)決定是否執(zhí)行主體程序，只有開始測量鍵處于按下狀態(tài)且停止測量按鍵處于未按下狀態(tài)時，才執(zhí)行主體程序。在主體程序執(zhí)行過程中，上位機(jī)向vocs氣體檢測儀發(fā)送指令“s”。主控板10接收到上位機(jī)指令，控制閥7動作，關(guān)閉連接清洗進(jìn)氣口3的進(jìn)氣閥口，打開連接待測氣體進(jìn)氣口4的進(jìn)氣閥口和出氣閥口，將待測氣體進(jìn)氣口4處的待測氣體抽入氣路，開始檢測。待測氣體進(jìn)入氣路之后，立刻被氣室11中的氣體檢測傳感器電離，產(chǎn)生模擬電壓輸出信號。產(chǎn)生的模擬電壓輸出信號通過信號調(diào)理電路13進(jìn)行電平匹配，被單片機(jī)12采集。并由單片機(jī)12對采集到的信號進(jìn)行去極值平均濾波處理和上位傳輸。測量過程中，vocs氣體檢測儀實(shí)時向上位機(jī)發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到vocs氣體檢測儀發(fā)送的數(shù)據(jù)信號之后，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、實(shí)時顯示和保存，同時顯示到波形圖表中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

第三步，按下上位機(jī)的停止測量按鍵，上位機(jī)軟件將測量得到的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行保存，并同時向vocs氣體檢測儀發(fā)送指令“p”。為避免氣路中殘存的待測氣體對氣體檢測傳感器造成污染，主控板10接收到上位機(jī)指令后，控制閥7和泵6動作，關(guān)閉連接待測氣體進(jìn)氣口4的進(jìn)氣閥口，打開連接清洗進(jìn)氣口3的進(jìn)氣閥口和出氣閥口，將清洗進(jìn)氣口3處的潔凈空氣或者氮?dú)獬槿霘饴?，對氣路進(jìn)行10min的清洗。清洗完成之后，泵6和閥7均被關(guān)閉，防止待測氣體進(jìn)入氣路。結(jié)束檢測。

2016年11月29日，在天津環(huán)科院經(jīng)過鑒定，對濃度為500ppb的異丁烯進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，重復(fù)性好。

本發(fā)明vocs氣體檢測系統(tǒng)及檢測方法的工作原理和工作流程是：

檢測時，主控板10上單片機(jī)12接收到pc機(jī)17或智能手機(jī)18發(fā)送的信號，向光耦控制電路16發(fā)送控制信號，控制光耦芯片的通斷，并通過閥及泵接線端子15輸出，使閥7接通待測氣體進(jìn)氣口4的一路，同時，使泵6工作。泵6將待測氣體抽入氣室11，被氣室11中的氣體檢測傳感器檢測，pid傳感器將產(chǎn)生輸出信號，產(chǎn)生的輸出信號被主控板10采集。傳感器的輸出信號線接在傳感器接線端子14上，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理電路13進(jìn)行電平匹配后被單片機(jī)12通過自帶的12位adc進(jìn)行采集。同時，單片機(jī)12對采集的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去極值平均濾波處理，并將得到的平均值作為傳感器輸出的實(shí)際數(shù)據(jù)輸出到串口，繼而通過有線連接傳輸?shù)絧c機(jī)17或者通過無線傳輸模塊19傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)18，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。