實驗環(huán)境中一氧化氮檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境安全技術領域，尤其是涉及一種能夠快速、準確檢測實驗室環(huán)境 中一氧化氮濃度的實驗環(huán)境中一氧化氮檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術】
[0002] -氧化氮（N0)是無色無味、不溶于水的有毒氣體。由于一氧化氮帶有自由基， 這使它的化學性質非?；顫姟．斔c氧氣反應后，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鈍化。
[0003] -氧化氮具有強氧化性，易與有機物接觸燃燒，遇到氫氣時會爆炸性化合。接觸空 氣會散發(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，二氧化氮有強烈腐蝕性和毒性。
[0004] 目前對于低濃度一氧化氮檢測方法主要依靠儀器分析的方法，如氣相色譜法等。 上述檢測方法雖然可以準確的檢測環(huán)境中微量一氧化氮的濃度，但是普遍存在檢測周期 長、成本昂貴等不足，而且，需要經(jīng)過專業(yè)培訓的熟練技術人員操作儀器設備，無法實現(xiàn)環(huán) 境中微量一氧化氮的現(xiàn)場準確快速檢測。
[0005] 因此，目前使用的用于微量一氧化氮的檢測系統(tǒng)存在靈敏度低、選擇性差、穩(wěn)定性 差或者不能長期使用的問題。
[0006] 中國專利授權公告號：CN101846610A，授權公告日2010年9月29日，公開了一種 氣體檢測裝置及氣體檢測系統(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 附待檢測氣體，以使氣體檢測裝置的質量發(fā)生變化，從而獲得待檢測氣體的濃度。該發(fā)明存 在檢測速度慢，檢測精度低的不足。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術中的氣體檢測方法的檢測周期長、成本高、設備昂貴 的不足，提供了一種能夠快速、準確檢測實驗室環(huán)境中一氧化氮濃度的實驗環(huán)境中一氧化 氮檢測系統(tǒng)及檢測方法。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0009] -種實驗環(huán)境中一氧化氮檢測系統(tǒng)，包括控制器，存儲器、底板，設于底板上的橫 截面呈矩形的氣室和支撐架，設于支撐架上的導向結構和橫向絲桿；
[0010] 所述氣室內(nèi)壁頂部設有頻率可調(diào)超聲波發(fā)生器和用于向下吹風的若干個風扇，氣 室上部內(nèi)設有由電熱絲構成的第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)，第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)之間設 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)底部設有超聲波接收器、托板、檢測頭和沿托板上表面螺旋分布的 軌道，檢測頭上設有MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化氮傳感器；
[0011] 橫向絲桿一端與設于支撐架上的第一電機的轉軸連接，所述氣室上設有用于插入 水平隔板的開口，水平隔板外端設有連接板，檢測頭下部設有用于帶動檢測頭沿軌道運動 的第二電機，連接板與絲桿螺紋連接，連接板與導向結構滑動連接，位于水平隔板上部和下 部的氣室上分別設有一組進氣管和出氣管；進氣管和出氣管上均設有電磁閥；開口和水平 隔板之間設有密封結構；水平隔板上部的進氣管上設有過濾網(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、存儲器、各個電扇、各個電 磁閥、第一金屬網(wǎng)、第二金屬網(wǎng)、第一電機、第二電機、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驗室氣體，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質量分數(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氣體敏感膜最大幅度的震動，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；各個風扇用于將經(jīng)過烘烤從氣體敏感膜中散發(fā)出來的氣體吹向氣室下部，便于 各個傳感器檢測；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進行 氣體富集和傳感器清洗；支撐架、導向結構、橫向絲桿和第一電機用于帶動水平隔板水平移 動，從而使控制器可通過第一電機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 為一個整體；托板給軌道提供支撐，軌道給檢測頭提供移動至托板不同部位的導向，MQ-2 傳感器和MQ-135傳感器分別用于檢測環(huán)境信號，一氧化氮傳感器用于檢測一氧化氮氣體 信號；第二電機用于帶動檢測頭沿軌道移動。
[0015] 由于傳感器對被檢測的目標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一氧化氮氣體的主傳感 器，將MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和一氧化氮傳感器檢測的信號進行融合，得到了傳感器 融合信號signal (t)，從而既保留了主傳感器的檢測信息，又保留了主傳感器與輔助傳感器 之間的信號差異信息，提高了檢測精度。
[0016] 因此，本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應時間短，對一氧化氮具有較好的選擇 性，能夠檢測出濃度更低的微量一氧化氮氣體，從而有效的保障人們身體健康的特點。
[0017] 作為優(yōu)選，所述軌道包括基板、設于基板上表面的兩條間隔設置的凹槽，所述凹槽 底面上設有等間隔排列的齒條；所述檢測頭底部設有兩個與凹槽相配合的齒輪；所述第二 電機的轉軸與設于兩個齒輪之間的連接軸相連接。
[0018] 作為優(yōu)選，所述基板上設有第一擋板，與第一擋板相對的第二擋板；第一擋板、第 二擋板上設有對應的導向滑槽；所述齒輪的連接軸兩端設有用于插入第一擋板、第二擋板 的導向滑槽的延伸軸；檢測頭下表面設有與第一擋板、第二擋板上表面滾動接觸的若干個 滾珠。導向滑槽、延伸軸和滾珠的設置，使檢測頭的穩(wěn)定性更好，摩擦力更小。
[0019] 作為優(yōu)選，所述支撐架包括開口向下的U形架、設于氣室前部和后部的L形架；所 述導向結構為設于U形架和兩個L形架之間的兩條橫梁；所述連接板呈矩形，連接板下部設 有用于穿過兩條橫梁的2個通孔，連接板上部設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)設有若干個間隔分布的空腔，空腔內(nèi)設有伸出氣體敏感 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氣體的吸附能力。
[0021] -種實驗環(huán)境中一氧化氮檢測系統(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氣管和出氣管上的電磁閥均打開，通過進氣管向 氣室下部內(nèi)充入潔凈空氣，對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氣管和出氣管上的電磁閥均關閉；
[0023] (6-2)控制器控制氣室上部的進氣管和出氣管上的電磁閥打開，通過進氣管向氣 室內(nèi)循環(huán)充入待檢測的實驗室氣體，各個氣體敏感膜吸附氣體，10至20分鐘后控制器控制 氣室上部的進氣管和出氣管上的電磁閥關閉；
[0024] (6-3)控制器控制第一電機帶動橫向絲桿轉動，橫向絲桿通過連接板帶動水平隔 板向氣室外水平移動，使水平隔板內(nèi)端移至與開口相接觸位置時，控制器控制第一電機停 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，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，超聲波帶動氣體敏感膜震動；
[0026] 控制器控制第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)通電，同時控制各個電扇工作，氣體敏感膜 吸附的氣體進入氣室下部，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 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帶動橫向絲桿轉動，橫向絲桿通過連接板帶動水平隔 板向氣室內(nèi)水平移動，使水平隔板外端移至與開口相接觸位置相接觸時，控制器控制第一 電機停止工作；
[0028] (6-6)控制器通過第二電機帶動檢測頭沿軌道移動，MQ-2傳感器、MQ-135傳感器 和一氧化氮傳感器檢測氣體信號，控制器收到一氧化氮傳感器的檢測信號SI (t)、MQ-2傳 感器的檢測信號32(〇，1^-135傳感器的檢測信號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計算傳感器融合信號 signal ⑴；
[0029] (6-7)存儲器中預先存儲有隨機共振模型和一氧化氮濃度預測模型，將 signal (t)輸入隨機共振模型中，控制器計算隨機共振模型共振時的輸出信噪比SNR，
[0030] 將SNR輸入一氧化氮濃度預測模型中，得到被檢