本发明涉及一种环境监测系统，尤其涉及一种基于热电材料的环境监测系统。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，大型商超、厂房、楼宇建筑等在不断的出现，由于自然因素、人为因素、意外状况等原因每年都有大量的火灾险情发生，给国家和人民造成了巨大的财产损失和人员伤亡。目前市面上的火灾监测设备在火势较大时，监测设备在高温下已无法正常工作，严重的甚至已经烧毁融化。导致救援人员对于火场内部得到温度、是否存在有毒气体及其浓度等情况无法了解，对救援工作的安排部署带来了很大的阻力，如指挥不当会严重威胁到救援人员的生命安全。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于热电材料的环境监测系统，包括：检测装置100，用于检测所处环境的环境数据；云服务器200，用于处理所述检测装置检测到的环境数据；显示终端300，用于显示经云服务器处理后的环境数据；其中，所述检测装置100包括一上壳体3与一下壳体33，所述上壳体3与下壳体33均为热电材料层与绝缘层的复合结构，所述上壳体3设置有隔断结构11，将上壳体3划分为第一腔室12与第二腔室13，自第一腔室12气体入口8至气体出口9顺次设置有热敏传感器探头4、降温装置5、传感器探头组件6、风扇7；所述第二腔室13设置有控制电路板1、无线传输模块10、传感器模块2，所述热敏传感器探头4、降温装置5、无线传输模块10、传感器模块2、风扇7与控制电路板1电连接，传感器探头组件6与传感器模块2电连接。
优选地，所述上壳体3上设置第一绝缘层35，所述第一绝缘层35将上壳体3分为第一壳体330与第二壳体331，第一壳体330包括第一氧化物热电材料层31、第二绝缘层32与第二氧化物热电材料层33，且第二氧化物热电材料层33设置有第一电极34；第二壳体331包括第一合金热电材料层36、第三绝缘层37与第二合金热电材料层38，且第二合金热电材料层38设置有第二电极39，第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过第一导电层40相连接；在所述下壳体33上设置第四绝缘层322，所述第四绝缘层322将下壳体分为第三壳体332与第四壳体333，第三壳体332包括第三氧化物热电材料层301、第五绝缘层302与第四氧化物热电材料层303，且第四氧化物热电材料层303设置有第三电极304；第四壳体333包括第三合金热电材料层311、第六绝缘层312与第四合金热电材料层313，且第四合金热电材料层313设置有第四电极314，第三氧化物热电材料层301与第三合金热电材料层311通过第二导电层50相连接。
优选地，所述第一氧化物热电材料层31与第二氧化物热电材料层33为一体成型结构，所述第一合金热电材料层36与第二合金热电材料层38为一体成型结构。
优选地，所述第三氧化物热电材料层301与第四氧化物热电材料层303为一体成型结构，所述第三合金热电材料层311与第四合金热电材料层313为一体成型结构。
优选地，所述第一合金热电材料层36与第二合金热电材料层38、第三合金热电材料层311与第四合金热电材料层313均为碲化铅及其合金。
优选地，所述第一氧化物热电材料层31、第二氧化物热电材料层33、第三氧化物热电材料层301与第四氧化物热电材料层303均为钴氧化物。
优选地，所述第一绝缘层35、第二绝缘层32、第三绝缘层37、第四绝缘层322、第五绝缘层302、第六绝缘层312为二氧化硅。
优选地，所述第一电极34、第二电极39、第三电极304、第四电极314、第一导电层40、第二导电层50为导电材料，可以是银、金、铝、镍、铅、铜、石墨任意一种或其组合。
优选地，所述第一电极34、第二电极39、第三电极304、第四电极314分别与控制电路板电连接。
优选地，所述风扇7为单向风扇。
本发明公开的热电材料与绝缘层制成的复合壳体结构与主动降温结构，可以使检测装置在发生火灾时正常工作，或延长工作时间，免于被烧毁或因火灾断电导致无法工作，为消防指挥人员提供详实的环境数据支持，避免因不清楚火场情况贸然进入，或隔离区设置不合理导致人员伤亡等事故发生。
附图说明
图1为本发明基于热电材料的环境监测系统示意图；
图2为本发明检测装置上壳体结构示意图；
图3为本发明检测装置下壳体结构示意图；
图4为本发明检测装置上壳体腔室示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
众所周知，塞贝克（seebeck）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。通常情况下发生火灾时，尤其用电导致的火灾，人们会关闭总电源，本发明利用塞贝克效应把发生火灾时的热能转化为电能延长检测装置工作时间。同时兼具隔热、降温效果，可大幅延长检测装置在火灾时的使用寿命，实时的将火场内部温度、有毒气体浓度等情况发送至指挥中心或相关人员，对救援工作的安排部署提供及时可靠的信息支持，进而避免救援人员遭受伤害。
为此，本发明公开了一种基于热电材料的环境监测系统，如图1所示，该检测系统主要包括检测装置100、云服务器200以及显示终端300，其中，检测装置100，用于检测所处环境的环境数据；云服务器200，用于处理所述检测装置检测到的环境数据；显示终端300，用于显示经云服务器处理后的环境数据。
本发明所述的基于热电材料的检测装置100包括一上壳体3与一下壳体33，如图2所示，在所述上壳体3上设置第一绝缘层35，所述第一绝缘层35将上壳体3划分为电气上相互独立的第一壳体330与第二壳体331两部分，第一壳体330包括第一氧化物热电材料层31、第二绝缘层32与第二氧化物热电材料层33，且第二氧化物热电材料层33设置有第一电极34；第二壳体331包括第一合金热电材料层36、第三绝缘层37与第二合金热电材料层38，且第二合金热电材料层38设置有第二电极39，第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过第一导电层40相连接。如图3所示，在所述下壳体33上设置第四绝缘层322，所述第四绝缘层322将下壳体33划分为电气上相互独立第三壳体332与第四壳体333，第三壳体332包括第三氧化物热电材料层301、第五绝缘层302与第四氧化物热电材料层303，且第四氧化物热电材料层303设置有第三电极304；第四壳体333包括第三合金热电材料层311、第六绝缘层312与第四合金热电材料层313，且第四合金热电材料层313设置有第四电极314，第三氧化物热电材料层301与第三合金热电材料层311通过第二导电层50相连接；如图4所示，所述上壳体3设置有隔断结构11，将上壳体3划分为第一腔室12与第二腔室13，自第一腔室12气体入口8至气体出口9顺次设置有热敏传感器探头4、降温装置5、传感器探头组件6、风扇7；所述第二腔室13设置有控制电路板1、无线传输模块10、传感器模块2，所述热敏传感器探头4、降温装置5、无线传输模块10、传感器模块2、风扇7与控制电路板1电连接；所述传感器探头组件6与传感器模块2电连接。通过上分析可知，本发明所述第一壳体330与第二壳体331均至少为三层结构，内外两层为热电材料层，中间设置一绝缘层（如二氧化硅层），且在设置于壳体内部的热电材料层设置有电极，需着重说明的是，第一壳体330选用的是n型氧化物热电材料层，第二壳体331选用的是p型合金热电材料层。
本发明第一壳体330是由第一氧化物热电材料层31、第二绝缘层32与第二氧化物热电材料层33组成至少三层的复合结构；第二壳体331是由第一合金热电材料层36、第三绝缘层37与第二合金热电材料层38组成至少三层的复合结构。由于氧化物热电材料、合金热电材料与二氧化硅均具有非常好的隔热性。因此，当发生火灾时，第一壳体330与第二壳体331可保持壳体内部温度长时间处于恒温状态，致使壳体内外温差较大，此时设置于第一壳体330外侧的第一氧化物热电材料层31相当于热端，设置于第一壳体330内侧的第二氧化物热电材料层33相当于冷端；同样地，设置于第二壳体331外侧的第一合金热电材料层36相当于热端，设置于第二壳体331内侧的第二合金热电材料层38相当于冷端，而第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过第一导电层40相连接，根据塞贝克（seebeck）效应，由于热端与冷端间有温度差存在，使第二合金热电材料层38的冷端第二电极39有负电荷积累而成为阴极（“-”）；第二氧化物热电材料层33的冷端第一电极34有正电荷积累而成为阳极（“+”），由于第一氧化物热电材料层31与第一合金热电材料层36通过第一导电层40相连接形成闭合电路，使得第一电极34与第二电极39可以作为电源接口为检测装置100供电。
同样地，图3所示的下壳体33与上壳体3具有相同的结构及设置，在此不加以赘述，下壳体33的第三电极304与第四电极314也可以作为电源接口为检测装置100供电，实现双供电，进一步提升供电能力，延长检测装置100的使用时间。
另外，需说明的是，本发明所述的第一氧化物热电材料层31与第二氧化物热电材料层33、第一合金热电材料层36与第二合金热电材料层38、第三氧化物热电材料层301与第四氧化物热电材料层303、第三合金热电材料层311与第四合金热电材料层313均为一体成型结构，以形成冷端与热端结构。
本发明所述的第一合金热电材料层36与第二合金热电材料层38、第三合金热电材料层311与第四合金热电材料层313可以是碲化铅（pbte）及其合金热电材料（最佳运作温度约1000摄氏度），当然也可以是硅锗合金（最佳运作温度约1300摄氏度）或碲化铋及其合金（最佳运作温度小于450摄氏度）热电材料；所述第一氧化物热电材料层31、第二氧化物热电材料层33、第三氧化物热电材料层301与第四氧化物热电材料层303均为钴氧化物热电材料，如naco2o4或ca3co4o9，关于金热电材料层与氧化物热电材料层的选择，具体可根据不同的应用场景配置不同工作温度的热电材料组合，因为是现有技术，在此不加以赘述。
另外，二氧化硅具有极好的耐热耐腐蚀及绝缘特性，因此本发明所述的第一绝缘层35、第二绝缘层32、第三绝缘层37、第四绝缘层322、第五绝缘层302、第六绝缘层312均以二氧化硅作为绝缘层，其中第二绝缘层32、第三绝缘层37、第五绝缘层302、第六绝缘层312同时具有隔绝外部热量的作用，因此可根据需要设置适合的厚度，以达到最佳隔热效果。
此外，本发明所述的第一电极34、第二电极39、第三电极304、第四电极314、第一导电层40、第二导电层50均为导电材料，可以是银、金、铝、镍、铅、铜、石墨任意一种或其组合，以实现良好的导电效果。
本发明上述热电材料与绝缘层制成的复合壳体结构具有较好的隔热特性，较佳地，本发明还共公开了一种可以主动降低检测装置100内部温度的结构，具体为在所述检测装置100中，自上壳体3的第一腔室12气体入口8至气体出口9顺次设置有热敏传感器探头4、降温装置5、传感器探头组件6、风扇7；所述第二腔室13设置有控制电路板1、无线传输模块10、传感器模块2；所述热敏传感器探头4、降温装置5、无线传输模块10、传感器模块2、风扇7与控制电路板1电连接，传感器探头组件6与传感器模块2电连接，且所述风扇（7）为单向风扇，气体仅能单向不可逆的流动；所述第一电极34、第二电极39、第三电极304、第四电极314分别与控制电路板相应的电源接口电连接，为检测装置100供电，延长检测装置100的使用时间。
通常情况下，检测装置100所处环境的气体通过第一腔室12的气体入口8进入，依次经过热敏传感器探头4、降温装置5、传感器探头组件6、风扇7后，从气体出口9排除。正常情况下，降温装置5不工作，但当有火灾发生时，热敏传感器探头4检测到环境气体温度持续上升，当温度达到内部电子器件（未图示）正常工作的温度阈值时（如50摄氏度），控制电路板1将发出控制命令，启动降温装置5，此时高温气体经过降温冷却后再被传感器探头组件6检测火场的环境数据，并将检测到的环境数据发送至第二腔室13的传感器模块2，经传感器模块2进行数据处理后，再由控制电路板1发出控制指令将环境数据通过无线传输模块10以无线通信方式上传至云服务器200，再经数据处理后发送至显示终端300显示火场内的实时环境数据，为避免气体出口9有高温气体进入影响检测效果，所述风扇（7）为单向风扇，即气体仅能单向不可逆的流动，且所述降温装置5为干冰装置，开启后可以迅速是气体降温，防止高温气体损坏检测装置内部电子器件。
其中，所述热敏传感器探头4选择耐高温的非接触式热敏探头，传感器探头组件6可以是一氧化碳（co）、硫化氢（h2s）、二氧化硫（so2）、挥发性有机化合物(voc，volatileorganiccompounds）等传感器探头组成，无线传输模块10优选4g模块。
综上所述，本发明公开的热电材料与绝缘层制成的复合壳体结构与主动降温结构，可以使检测装置100在发生火灾时正常工作，或延长工作时间，免于被烧毁或因火灾断电导致无法工作，为消防指挥人员提供详实的环境数据支持，避免因不清楚火场情况贸然进入，或隔离区设置不合理导致人员伤亡等事故发生。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。