本发明涉及车载工具技术领域，尤其涉及一种车载气体检测装置。
背景技术：
近年来，随着空气质量的下降，人们环保意识逐渐增加，并对有害气体的危害性有了更多了解。汽车保有量的增加，车内环境问题也成为人们关注的重点。汽车在行驶过程中，尾气会排放大量的有毒有害气体，它们可以从多种途径进入相对封闭的车内并污染车内环境。车内狭小的空间，人们长时间停留，必然会导致各种疾病产生。同时车辆在阳光下暴晒后，车座等挥发大量有毒物质，如苯、甲醛、二甲苯等，也威胁着人的身体健康。酒驾是近几年来屡禁不止的问题，每年依旧会发生大量的汽车安全事故。
现阶段车内空气质量检测装置的检测过程比较复杂，大多需要手工操作，无法自动进行检测。并且，通常的检测装置只能检测单一的气体超标情况，无法对车内总体空气质量做出综合评价
技术实现要素：
本发明旨在提供一种车载气体检测装置，以解决上述提出问题。
本发明的技术方案提供了一种车载气体检测装置，该车载气体检测装置包括壳体，在壳体四周设有通风孔，在壳体内部设有乙醇气体传感器、微处理器、汽车制动电路和报警模块，该乙醇气体传感器连接至微处理器的输入端，该微处理器的输出端分别连接汽车制动电路和报警模块，汽车制动电路通过无线通讯装置连接至车载控制器；所述的乙醇气体传感器，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；该敏感材料为静电纺丝法制备的zno复合纳米纤维，该zno复合纳米纤维材料具体为zno微球掺杂金属纳米线和al。
本发明的提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本装置可实现对车内乙醇气体进行实时检测，当检查到空气内乙醇浓度超标时，将启动汽车制动电路，禁止汽车启动，一方面提示人们注意车内污染，另一方面可以保护驾乘人员的安全与健康，该装置使用无线通讯与车载控制器连接，减少了现场布线，结构简单，安装使用方便，成本低廉，性能稳定。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明车载气体检测装置的系统原理图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的技术方案涉及一种车载气体检测装置，如图1所示，该车载气体检测装置包括壳体，在壳体四周设有通风孔，在壳体内部设有乙醇气体传感器、微处理器、汽车制动电路和报警模块，乙醇气体传感器连接至微处理器的输入端，微处理器的输出端分别连接汽车制动电路和报警模块，汽车制动电路通过无线通讯装置连接至车载控制器，微处理器内部自带a/d转换电路，将采集的模拟信号转换成数字信号。
本发明车载气体检测装置的壳体上还设有显示模块，显示模块连接至微处理器的输出端，显示部分采用oled显示屏，微处理器将乙醇气体传感器输入的电压信号转换成相应的气体浓度传输给显示模块，显示在显示屏上。
本发明中，所述的报警模块包括灯光报警器和/或语音报警器，所述灯光报警器采用三色灯，分别发出红、黄、绿的灯光，当为绿色时，说明车内有害气体的浓度在标准范围内，当为黄色时，说明车内有害气体的浓度达到了标准范围的临界值需要注意对车内通风，当为红色时，说明车内有害气体的浓度已经超标。
本发明车载气体检测装置的工作过程如下：首先开机自检通过后进入正常工作状态，乙醇气体传感器以固定频率对车内空气进行采集，并将采集的模拟信号传输给微处理器，微处理器内部自带的a/d转换电路将传输来的模拟信号转换成数字信号，微处理器对转换成的数字信号进行处理并转换成相应的气体浓度值在显示器上直观地显示，检测装置可以设置气体浓度的报警值，当检测到车内驾驶室的乙醇浓度超过报警值时，将启动汽车制动电路，汽车制动电路通过无线通讯连接至车载控制器，禁止汽车启动，一方面提示人们注意车内污染，另一方面可以保护驾乘人员的安全与健康，该装置使用无线通讯与车载控制器连接，减少了现场布线，结构简单，安装使用方便，成本低廉，性能稳定。
本发明中，所述的乙醇气体传感器为旁热式结构，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚。
优选地，所述敏感材料为静电纺丝法制备的zno复合纳米纤维，该zno复合纳米纤维材料具体为zno微球掺杂金属纳米线和al。
优选地，所述敏感材料厚度为0.2～0.5mm，所述zno复合纳米纤维直径为300nm。
zno是一种重要的半导体材料，其在光学、电学、催化等方面性能独特，具有纤锌矿结构的n型宽禁带半导体材料，现有技术中，zno半导体材料在催化染料敏化太阳能电池、传感器等领域都有实际应用。在气体传感器方面，现有技术方案中，通常是对zno基气体传感器的研究主要采取纳米结构控制、掺杂、复合等方式来提高性能；而采用静电纺丝法制备氧化锌复合纤维作为敏感材料的技术方案不多；本发明中，关于传感器的敏感材料，采用静电纺丝法制备了基于zno的复合纳米纤维，基于复合纳米纤维的大的比表面积及微孔结构，该敏感材料对气体的响应灵敏度大大增加。
进一步优选地，所述zno复合纳米纤维中al的质量含量为5～7％。
本发明所述的敏感材料中，将zno与al结合，通过掺杂，该al离子取代了zno晶体中的zn离子的位置，作为补偿，产生了一定量的自由电子，从而降低了材料的空穴载流子浓度，此外，al离子的引入能够抑制zno微球的生长，使其微球尺寸明显减少；同时，al离子的掺杂改变了材料中氧组份的分布，使得材料中缺陷氧和表面化学吸附氧的数量得到了极大增加，上述方面共同作用，大幅提高了传感器的灵敏度。
进一步优选地，所述zno复合纳米纤维中，该金属纳米线优选为ag纳米线，所述ag纳米线的质量含量为6～9％，所述ag纳米线长度为300nm，直径为60nm。
本发明所述的敏感材料中，将zno与ag纳米线结合，通过掺杂的该ag纳米线，使得该ag纳米线相互之间平行，该ag纳米线能够为敏感材料提供导电通路，同时提高了敏感材料的强度和韧性；这与现有技术方案中，通常是通过掺杂粒子等来提高气敏材料的导电性、催化性不同，本发明的技术方案具有现实意义。
此外，上述敏感材料的制备步骤：
步骤1，取9mmol尿素和6mmol乙酸锌溶解在40ml的去离子水中，搅拌均匀；然后向上述溶液中加入al(no3)2·9h2o，搅拌均匀；再向上述溶液中加入ag纳米线，搅拌均匀后，将溶液转移到水热釜中，在恒温130℃下水热反应20h，反应结束后，自然冷却至室温，依次用酒精和去离子水离心分离、洗涤，重复洗涤三次后，将所得沉淀干燥；
步骤2，取0.7g聚乙烯醇放入装有12g蒸馏水的锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；然后取上述沉淀，继续搅拌6h，得到混合溶液a；然后将上述混合溶液a装入喷丝管中，插入一根10cm的铜丝作为正极，铝箔作为接收板，为负极，静电纺丝时所加电压为15kv，喷丝头鱼接收板之间距离为20cm，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维；
步骤3，将上述聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维在550℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到zno复合纳米纤维。
进一步的，将上述zno复合纳米纤维配置成浆料后，涂覆在陶瓷管表面，制备电极后，即得本发明所述乙醇气体传感器。
实施例1
本实施例中，所述的乙醇气体传感器为旁热式结构，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；所述敏感材料为静电纺丝法制备的zno复合纳米纤维，厚度为0.2～0.5mm，且，该zno复合纳米纤维材料具体为zno微球掺杂金属纳米线和al。
上述zno复合纳米纤维的制备步骤如下：
步骤1，取9mmol尿素和6mmol乙酸锌溶解在40ml的去离子水中，搅拌均匀；然后向上述溶液中加入al(no3)2·9h2o，搅拌均匀；再向上述溶液中加入ag纳米线，搅拌均匀后，将溶液转移到水热釜中，在恒温130℃下水热反应20h，反应结束后，自然冷却至室温，依次用酒精和去离子水离心分离、洗涤，重复洗涤三次后，将所得沉淀干燥；
步骤2，取0.7g聚乙烯醇放入装有12g蒸馏水的锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；然后取上述沉淀，继续搅拌6h，得到混合溶液a；然后将上述混合溶液a装入喷丝管中，插入一根10cm的铜丝作为正极，铝箔作为接收板，为负极，静电纺丝时所加电压为15kv，喷丝头鱼接收板之间距离为20cm，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维；
步骤3，将上述聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维在550℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到zno复合纳米纤维。
本实施例中，所述zno复合纳米纤维中金属纳米线的质量含量为6％，所述zno复合纳米纤维中al的质量含量为5％。
通过改变流过加热线圈的电流来调控传感器的工作温度，通过测量传感器处于不同气体中时两个金电极之间的电阻值可以获得传感器的灵敏度。传感器对于乙醇气体的灵敏度s定义为：s＝rg/ra，其中rg和ra分别为传感器在乙醇气体和空气中时两金电极间的电阻值，发现，本实施例中该传感器的灵敏度为8.4。
实施例2
本实施例中，所述的乙醇气体传感器为旁热式结构，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；所述敏感材料为静电纺丝法制备的zno复合纳米纤维，厚度为0.2～0.5mm，且，该zno复合纳米纤维材料具体为zno微球掺杂金属纳米线和al。
上述zno复合纳米纤维的制备步骤如下：
步骤1，取9mmol尿素和6mmol乙酸锌溶解在40ml的去离子水中，搅拌均匀；然后向上述溶液中加入al(no3)2·9h2o，搅拌均匀；再向上述溶液中加入ag纳米线，搅拌均匀后，将溶液转移到水热釜中，在恒温130℃下水热反应20h，反应结束后，自然冷却至室温，依次用酒精和去离子水离心分离、洗涤，重复洗涤三次后，将所得沉淀干燥；
步骤2，取0.7g聚乙烯醇放入装有12g蒸馏水的锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；然后取上述沉淀，继续搅拌6h，得到混合溶液a；然后将上述混合溶液a装入喷丝管中，插入一根10cm的铜丝作为正极，铝箔作为接收板，为负极，静电纺丝时所加电压为15kv，喷丝头鱼接收板之间距离为20cm，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维；
步骤3，将上述聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维在550℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到zno复合纳米纤维。
本实施例中，所述zno复合纳米纤维中金属纳米线的质量含量为8％，所述zno复合纳米纤维中al的质量含量为6％。
通过改变流过加热线圈的电流来调控传感器的工作温度，通过测量传感器处于不同气体中时两个金电极之间的电阻值可以获得传感器的灵敏度。传感器对于乙醇气体的灵敏度s定义为：s＝rg/ra，其中rg和ra分别为传感器在乙醇气体和空气中时两金电极间的电阻值，发现，本实施例中该传感器的灵敏度为17.2。
实施例3
本实施例中，所述的乙醇气体传感器为旁热式结构，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；所述敏感材料为静电纺丝法制备的zno复合纳米纤维，厚度为0.2～0.5mm，且，该zno复合纳米纤维材料具体为zno微球掺杂金属纳米线和al。
上述zno复合纳米纤维的制备步骤如下：
步骤1，取9mmol尿素和6mmol乙酸锌溶解在40ml的去离子水中，搅拌均匀；然后向上述溶液中加入al(no3)2·9h2o，搅拌均匀；再向上述溶液中加入ag纳米线，搅拌均匀后，将溶液转移到水热釜中，在恒温130℃下水热反应20h，反应结束后，自然冷却至室温，依次用酒精和去离子水离心分离、洗涤，重复洗涤三次后，将所得沉淀干燥；
步骤2，取0.7g聚乙烯醇放入装有12g蒸馏水的锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；然后取上述沉淀，继续搅拌6h，得到混合溶液a；然后将上述混合溶液a装入喷丝管中，插入一根10cm的铜丝作为正极，铝箔作为接收板，为负极，静电纺丝时所加电压为15kv，喷丝头鱼接收板之间距离为20cm，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维；
步骤3，将上述聚乙烯醇/zno/ag/al复合纳米纤维在550℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到zno复合纳米纤维。
本实施例中，所述zno复合纳米纤维中金属纳米线的质量含量为9％，所述zno复合纳米纤维中al的质量含量为7％。
通过改变流过加热线圈的电流来调控传感器的工作温度，通过测量传感器处于不同气体中时两个金电极之间的电阻值可以获得传感器的灵敏度。传感器对于乙醇气体的灵敏度s定义为：s＝rg/ra，其中rg和ra分别为传感器在乙醇气体和空气中时两金电极间的电阻值，发现，本实施例中该传感器的灵敏度为15.6。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。