两部分的水平隔板（10)，气室内底 部设有托板（11)、检测头（12)和沿托板上表面环形分布的轨道（13)，检测头上设有MQ-2 传感器（14)、MQ-135传感器（15)和乙醚传感器（16);每个气体敏感膜上均设有若干个通 孔； 所述气室上设有用于插入水平隔板的开口，水平隔板外端与气缸的伸缩杆连接，检测 头下部设有用于带动检测头沿轨道运动的第一电机（17)，位于水平隔板上部和下部的气室 上分别设有一组进气管（18)和出气管（19);进气管和出气管上均设有电磁阀（20);开口 和水平隔板之间设有密封结构； 所述气室包括上下插接的下端开口气室组件（41)和上端开口气室组件（42)，下端开 口气室组件与支撑平台固定连接，上端开口气室组件底部和支撑平台之间设有竖向丝杆 (21)，竖向丝杆上部与上端开口气室组件底部螺纹配合，竖向丝杆下部通过设于支撑平台 上的轴承与支撑平台连接，丝杆下端与设于上端开口气室组件内的第二电机（22)的转轴 连接； 控制器分别与存储器、各个电扇、各个电磁阀、第一金属网、第二金属网、第一电机、第 二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器电连接。2. 根据权利要求1所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置，其特征是，所述轨道包括 基板（121)、设于基板上表面的两条间隔设置的凹槽（122)，所述凹槽底面上设有等间隔排 列的齿条；所述检测头底部设有两个与凹槽相配合的齿轮（123);所述第一电机的转轴与 设于两个齿轮之间的连接轴（124)相连接。3. 根据权利要求2所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置，其特征是，所述基板上 设有第一挡板（125)，与第一挡板相对的第二挡板（126);第一挡板、第二挡板上设有对应 的导向滑槽（127);所述齿轮的连接轴两端设有用于插入第一挡板、第二挡板的导向滑槽 的延伸轴（128);检测头下表面设有与第一挡板、第二挡板上表面滚动接触的若干个滚珠 (129)〇4. 根据权利要求1所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置，其特征是，所述下端开口 气室组件外周面通过4个L形支撑杆（43)与支撑平台固定连接。5. 根据权利要求1或2或3或4所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置，其特征是，气 体敏感膜内设有若干个间隔分布的空腔，空腔内设有伸出气体敏感膜上下表面之外的碳纳 米管。6. -种根据权利要求1所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法，其特征 是，包括如下步骤： (6-1)控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打开，通过进气管向气室 下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器清洗8至15分钟，清洗完毕 后，控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均关闭； (6-2)控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀打开，通过进气管向气室内 循环充入待检测的实验室气体，气体敏感膜吸附气体，7至15分钟后控制器控制气室上部 的进气管和出气管上的电磁阀关闭； (6-3)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室外水平移动，使水平隔板内端移 至与开口相接触位置时，控制器控制气缸停止工作； (6-4)控制器控制第一金属网、第二金属网通电，同时控制各个电扇工作，气体敏感膜 吸附的气体进入气室下部，8至15分钟后，控制器控制第一金属网、第二金属网断电，各个 电扇停止工作； (6-5)控制器控制气缸的伸缩杆带动水平隔板向气室内水平移动，使水平隔板外端移 至与开口相接触位置相接触时，控制器控制气缸停止工作； (6-6)控制器通过第一电机带动检测头沿轨道移动，通过第二电机带动上端开口气室 组件由与支撑平台接触位置逐渐上升至控制器中预定的高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感 器和乙醚传感器检测气体信号，控制器收到乙醚传感器的检测信号SI (t)、MQ-2传感器的 检测信号S2(t)，MQ-135传感器的检测信号S3(t);控制器利用公式signal (t) = Sl2(t) + 61(1:)-52(1:))2+(51(1:)-53(1:))2计算传感器融合信号818仙1(1:) ; (6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和乙醚浓度预测模型，将signal (t)输入随 机共振模型中，控制器计算随机共振模型共振时的输出信噪比SNR， 将SNR输入乙醚浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的乙醚浓度。7.根据权利要求1所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法，其特征是，所 述步骤（6-1)由下述步骤替换： (7-1)控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均打开，通过进气管向气室 下部内充入氮气，对MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器清洗8至15分钟； (7-2)通过进气管向气室下部充入已知乙醚浓度为S的实验室气体，通气3至10分钟 后，控制器控制气室下部的进气管和出气管上的电磁阀均关闭； 控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，通过第二电机带动上端开口气室组件 由与支撑平台接触位置逐渐上升至预定高度L，MQ-2传感器、MQ-135传感器和乙醚传感器 检测气体信号，控制器收到乙醚传感器的检测信号SI (t)、MQ-2传感器的检测信号S2 (t)， MQ-135传感器的检测信号S3 (t); (7-3)控制器选取Sl(t)的η个等间隔分布的抽样值S11，S12，· · ·，Sln，选取S2(t)的 η个等间隔分布的抽样值S21，S22, . . .，S2n，选取S3(t)的η个等间隔分布的抽样值S31， S32, · · ·，S3n ; 利用公式别计算矩阵A，B，C和D ;存储器中设有最小阈值e ; (7-4)当A+B+C = D并且A中数据至少有83%彡e并且D中数据至少有83%彡e时， 转入步骤（6-2);否则，转入步骤（7-1)。8.根据权利要求1所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法，其特征是，所 述输出信噪比SNR的计算过程包括如下步骤： 将signal (t)输入一层随机共振模型中； 其中，V(x，t，α)为势函数，x(t)为布朗粒子的运动轨迹，t为运动时间，α是 粒子瞬时运动加速度，〇2为外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周 期性正弦信号，A1是信号幅度，f是信号频率，梦为相位；a，b为设定的常数；设控制器计算V (X，t，α )对于X的一阶导数，二阶导数和三阶导数，并且使等式等于0， 得到二层随机共振模型：设定噪声强度D2= 0，计算得到A1的临 界值为将A1的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X。(t) = 0, sn。= 0,用四阶珑格库塔 算法求解一层随机共振模型，得到，m = 0， 1，"^N-I ;并计算：其中，xm(t)为x(t)的m阶导数，snm屬S(t)的m-Ι阶导数在t = 0处的值，snm+1是 S⑴的m+1阶导数在t = 0处的值，得到X1 (t)，x2⑴，…，xm+1⑴的值； 计算机对Xi⑴，X2⑴，…，xm+1⑴进行积分，得到X (t)，并得到X (t)在一层随机共振 模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置^值、与X1相对应 的共振时刻L、最优瞬时运动加速度a i，及与tJP α 1所对应的噪声D p D1S D 2中的一个 值； 计算机利用公式计算双层随机共振系统输 出的信噪比SNR ;其中，AU = a2/4b。9. 根据权利要求8所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法，其特征是，控 制器计算并得到检测过程中signal (t)的平均幅度值SS，所述A1S 0. 53SS，一层随机共振 模型和二层随机共振模型中的10. 5SS < D2S 21SS ;a和b均< 0. 87SS。10. 根据权利要求6或7或8或9所述的研究室中挥发乙醚气体检测装置的控制方法， 其特征是，乙醚浓度预测模型为乙醚浓度W = 1. 14+0. 05X SNR。
【专利摘要】本发明公开了一种研究室中挥发乙醚气体检测装置和方法，包括控制器，存储器、支撑平台，设于支撑平台上的横截面呈矩形的气室和竖向支撑板，设于竖向支撑板上的气缸；所述气室内壁顶部设有用于向下吹风的若干个风扇，气室内侧壁由上至下依次设有气体敏感膜、由电热丝构成的第一金属网、气体敏感膜、由电热丝构成的第二金属网，位于第二金属网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板；本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对乙醚具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量乙醚气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。
【IPC分类】G01N33/00, G01N35/00
【公开号】CN105181893
【申请号】CN201510492843
【发明人】林涵, 蒋京豪, 郑飞翔, 惠国华
【申请人】浙江农林大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月12日