的转轴连接，所述气室上设有用于插 入水平隔板的开口，水平隔板外端设有连接板（15)，检测头下部设有用于带动检测头沿轨 道运动的第二电机（16)，连接板与丝杆螺纹连接，连接板与导向结构滑动连接，位于水平隔 板上部和下部的气室上分别设有一组进气管（23)和出气管（24);进气管和出气管上均设 有电磁阀（17);水平隔板上部的进气管上还设有流量计（27)，开口和水平隔板之间设有密 封结构； 控制器分别与频率可调超声波发生器、超声波接收器、流量计、存储器、各个电扇、各个 电磁阀、金属网、第一电机、第二电机、MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化氢传感器电连接。2. 根据权利要求1所述的研究室中氰化氢检测装置，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);所述第二电机的转轴与设于 两个齿轮之间的连接轴（124)相连接。3. 根据权利要求2所述的研究室中氰化氢检测装置，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)。4. 根据权利要求1所述的研究室中氰化氢检测装置，其特征是，所述支撑架包括开口 向下的U形架（41)、设于气室前部和后部的L形架（42);所述导向结构为设于U形架和两 个L形架之间的两条横梁（51);所述连接板呈矩形，连接板下部设有用于穿过两条横梁的2 个通孔（151)，连接板上部设有用于与横向丝杆配合的丝杆孔（152)。5. 根据权利要求1或2或3或4所述的研究室中氰化氢检测装置，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. -种适用于权利要求1所述的研究室中氰化氢检测装置的检测方法，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传感器和氰化氢传感器清洗7至12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 充入待检测的实验室气体，流量计检测实验室气体的流量，气体敏感膜吸附气体，当气体的 流量达到L升后，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)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔板向 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，控制器控制第一电机停止工 作； (6-4)控制器控制频率可调超声波发生器发出超声波、超声波接收器接收超声波，控制 器控制频率可调超声波发生器发出的超声波的从5Hz逐渐增大频率增大，直至使超声波接 收器接收的超声波幅度最大时，控制器控制频率可调超声波发生器发出的超声波的频率保 持稳定，超声波带动气体敏感膜震动； 控制器控制金属网通电，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，5至10分钟后，控制器控制金属网断电，各个电扇停止工作，可调超声波发生器和超声 波接收器停止工作； (6-5)控制器控制第一电机带动横向丝杆转动，横向丝杆通过连接板带动水平隔板向 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，控制器控制第一电机 停止工作； (6-6)控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰 化氢传感器检测气体信号，控制器收到氰化氢传感器的检测信号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) +(S I(t)-S2(t))2+(Sl(t)-S3(t))2计算传感器融合信号signal(t); (6-7)存储器中预先存储有随机共振模型和氰化氢浓度预测模型，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输入氰化氢浓度预测模型中，得到被检测的实验室气体的氰化氢浓度。7.根据权利要求1所述的研究室中氰化氢检测装置的检测方法，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传感器和氰化氢传感器清洗5至10分钟； (7-2)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 充入已知氰化氢浓度为S的实验室气体，流量计检测实验室气体的流量，气体敏感膜吸附 气体，当气体的流量达到L升后，控制器控制气室上部的进气管和出气管上的电磁阀关闭； 控制器通过第二电机带动检测头沿轨道移动，MQ-2传感器、MQ-135传感器和氰化氢传 感器检测气体信号，控制器收到氰化氢传感器的检测信号SI(t)、MQ-2传感器的检测信号 S2 (t)，MQ-135传感器的检测信号S3⑴； (7-3)控制器选取Sl(t)的n个等间隔分布的抽样值S11，S12，. ? ?，Sln，选取S2(t)的n个等间隔分布的抽样值S21，S22, . . .，S2n，选取S3(t)的n个等间隔分布的抽样值S31， S32, ? ? ?，S3n; 利用公式 di2= (Sli-S) 2+(S2i-S)2+(S3i-S)2,i= 1，2, ???，n，计算差值距离di2;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81 %彡e并且D中数据至少有81 %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所述的研究室中氰化氢检测装置的检测方法，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，a)为势函数，X⑴为布朗粒子的运动轨迹，t为运动时间，a是粒子瞬时运动加速度，02为外噪声强度，N(t)为内秉噪声，4 +妁为 周期性正弦信号，A1是信号幅度，f?是信号频率，炉为相位；a，b为设定的常数；设S(!) - Zil sin(2yTft + (p}+ signal(/) + V(/)； 控制器计算V(x，t，a)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，signal(t) = 0,N(t) = 0 ;计算得到厶丨的临将4的临界值代入一层随机共振模型中，并设定XJt) =0,811。=0.用四阶珑格库塔 算法求解一层随机共振模型，得到其中，xm(t)为x(t)的m阶导数，snm ^S(t)的m-1阶导数在t=O处的值，snm+1是S⑴的m+1阶导数在t=O处的值，得到X1 (t)，x2⑴，…，xm+1⑴的值； 控制器对X1 (t)，x2 (t)，…，xm+1 (t)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h、最优瞬时运动加速度a i，及与tJP a 1所对应的噪声D pD1S D2中的一个 值； 控制器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所述的研究室中氰化氢检测装置的检测方法，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A1S0. 6SS，一层随机共振模型和 二层随机共振模型中的IlSS<D2S22SS;a和b均<SS。10. 根据权利要求6或7或8或9所述的研究室中氰化氢检测装置的检测方法，其特征 是，氰化氢浓度预测模型为氰化氢浓度W=0. 274+0. 07 X SNR。
【专利摘要】本发明公开了一种研究室中氰化氢检测装置和检测方法，包括控制器，存储器、底板，设于底板上的横截面呈矩形的气室和支撑架，设于支撑架上的导向结构和横向丝杆；所述气室内壁顶部设有超声波发生器和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、用于支撑气体敏感膜的由电热丝构成的金属网、位于金属网下部并将气室内分隔为上下两部分的水平隔板，气室内底部设有超声波接收器、托板、检测头和沿托板上表面螺旋分布的轨道；本发明具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对氰化氢具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量氰化氢气体，从而有效的保障人们身体健康的特点。
【IPC分类】G01N33/00
【公开号】CN105223313
【申请号】CN201510593685
【发明人】施小平, 阚相如, 连广浒, 朱义族
【申请人】浙江工商大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月17日