基于智能手機(jī)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(jī)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(huì)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(xiàn)可知，當(dāng)前有大量的關(guān)于對(duì)嗅覺的模擬和對(duì)氣味的測定的研宄工作的報(bào)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(gè)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(tái)儀器，它由一個(gè)具有部分選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和一個(gè)合適的模式識(shí)別系統(tǒng)組成，能夠識(shí)別單一的或復(fù)合的氣味，還能夠用于識(shí)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(shí)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(shí)別為一個(gè)整體，在單個(gè)嗅覺圖像中揭示不同分子種類的綜合作用。它與人和動(dòng)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(shí)間長，操作繁雜，不易現(xiàn)場使用等特點(diǎn)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(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研宄尚處于試驗(yàn)階段，但由于電子鼻具有便攜及實(shí)時(shí)、在線、原位分析等特點(diǎn)，可用于氣味鑒別、復(fù)雜環(huán)境下氣體濃度鑒別和可燃?xì)怏w、有機(jī)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(jìn)展和人對(duì)嗅覺過程的深入了解，電子鼻的功能必將日益增強(qiáng)，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(jī)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(diǎn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種基于智能手機(jī)和染色傳感陣列的氣體檢測裝置，安裝在手機(jī)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(jìn)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(gè)較佳實(shí)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(gè)較佳實(shí)施例中，所述進(jìn)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(gè)較佳實(shí)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(gè)較佳實(shí)施例中，所述光源為LED光源。
[0012]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述進(jìn)出氣管道為不銹鋼管或PE管。
[0013]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(gè)較佳實(shí)施例中，所述氣體檢測裝置既可以在Android平臺(tái)上工作，也可以在1S平臺(tái)上工作。
[0015]本發(fā)明還提供一種基于智能手機(jī)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(jī)配套外殼中，并將所述芯片插入至手機(jī)配套外殼中的卡槽內(nèi)，并采用進(jìn)出氣管道連接所述氣泵與芯片，蓋好手機(jī)配套外殼的蓋子；
2)芯片上的進(jìn)出氣管道接口上的金屬插針會(huì)自動(dòng)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(shí)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(shí)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(jī)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(jī)應(yīng)用軟件分析處理拍攝得到的圖片進(jìn)行氣體檢測，判斷出被測氣體的種類，同時(shí)還能定量測定被測氣體的濃度。
[0016]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述手機(jī)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(shí)間，使染色陣列和被測氣體在這段時(shí)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(jìn)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(jī)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(gè)檢測過程耗時(shí)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(jī)的，智能手機(jī)被廣泛使用，并且手機(jī)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(jià)格低廉；
3)手機(jī)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??；
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(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)定位檢測。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一種基于智能手機(jī)和染色傳感陣列的氣體檢測裝置一較佳實(shí)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(shí)，芯片上的進(jìn)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(jī)和染色傳感陣列的氣體檢測裝置一較佳實(shí)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(jìn)出氣管道，9、卡槽，10、金屬插針，11、橡膠塞。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0020]請(qǐng)參閱圖1-圖5，本發(fā)明實(shí)施例包括:
一種基于智能手機(jī)和染色傳感陣列的氣體檢測裝置，安裝在手機(jī)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(duì)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(tái)上工作，也可以在1S平臺(tái)上工作，且所述應(yīng)用軟件可以解決不同手機(jī)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(jìn)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(gè)，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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)配套外殼中，并將所述芯片2插入至手機(jī)配套外殼中的卡槽9內(nèi)，并采用進(jìn)出