适用于QCM气敏传感器的气体检测仪的制作方法

本实用新型涉及一种气体检测装置，特别是一种适用于QCM气敏传感器的气体检测仪。

背景技术：

随着人类社会活动的发展，排放的废气也与日俱增，对人类的生存环境和人类本身都造成了不可忽视的损害。其中室内的空气质量问题尤为突出，易挥发性有机物(Volatile Organic Compound,VOC)在室内空气中普遍存在，新的建筑材料、涂料、胶黏剂、地板、化工日用消费品等都造成了室内空气的污染，因此需要开发快速准确的检测方法对环境中有毒有害气体的实施有效地监测。

传统的痕量气体分子检测方法有很多，例如色谱分析法、红外气体分析法，但都由于这些方法大多都存在设备体积庞大、价格昂贵、操作繁琐、环境要求苛刻、不适宜在线监测等局限性而无法大规模应用。针对目前气体分析技术所存在的问题以及快速检测的要求，采用气敏传感器用于气体分子的检测。

石英晶体微天平(QCM)可以检测纳克级的质量变化.除了精度高特点之外，它还具有稳定性好、通用性强、工作温度范围宽、尺寸小、结构简单和价格低廉等优点。气敏传感器的性能与其所采用的气体敏感材料，以及检测方法都息息相关。因此亟需设计一套完整气体检测系统用于配合QCM气敏传感器的工作，提高检测精度和工作效率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于QCM气敏传感器的气体检测仪。

本实用新型的技术方案为：一种适用于QCM气敏传感器的气体检测仪，包括外壳，所述外壳上安装有进气端子，所述进气端子上设置有进气管，所述进气管连通至设置在外壳内的电路板上，所述电路板上安装有控制电路和传感器模块，所述传感器模块包括多个集成有气体敏感材料的检测传感器和1个未集成有气体敏感材料的参比传感器，所述检测传感器和参比传感器与进气管相通用于接收待检测的气体。

优选地，所述外壳设有顶盖和底座，所述顶盖和底座合围后形成用于容纳的腔体，所述电路板安装在底座上。

优选地，所述进气端子设有安装在外壳上的安装盘，所述安装盘上开设有进气通道，所述进气管插入进气通道内，一端延伸至外壳之外，另一端延伸至腔体内，所述进气管还连通有后端气管，所述后端气管远离进气管的一端与气罩相连通，每一个所述检测传感器和参比传感器均与一个气罩相扣合。

优选地，所述外壳上还安装有显示屏、电源接口和USB接口。

优选地，所述传感器包括6个集成有气体敏感材料的检测传感器和1个未集成有气体敏感材料的参比传感器。

优选地，所述控制电路包括主控制芯片和通信模块，所述主控制芯片分别电连接检测传感器、参比传感器和通信模块。

优选地，所述主控制芯片设有SMA接头，每个所述电连接检测传感器和参比传感器均通过SMA接头与主控制芯片电连接，每个所述SMA接头均电连接有一电阻和电容用于实现阻抗匹配。

优选地，所述控制电路还包括排座和液晶显示屏接口，所述排座用于连接主控制芯片，所述主控制芯片电连接液晶显示屏接口。

优选地，所述主控制芯片为FPGA芯片，其型号为EP4CE15F17C8N。

优选地，所述通信模块为FT232USB通信模块。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过设立参比传感器，排除由于外界环境如温度、湿度、气流冲击，外界振动等一系列非质量因素所带来的干扰，确保采样得到有效的响应信号，采集速度和数据处理速度快。同时测量结果精度高，同时稳定性好、通用性强、工作温度范围宽、尺寸小、结构简单。

附图说明

图1为本实施例外壳的结构示意图；

图2为又一个视角的外壳结构示意图；

图3为本实施例的电路原理图；

图4为检测传感器和参比传感器内部振荡电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施方式及附图对本实用新型作进一步详细、完整地说明。

如图1-4所示，一种适用于QCM气敏传感器的气体检测仪，包括外壳1，所述外壳1 上安装有进气端子2，所述进气端子2上设置有进气管21，所述进气管21连通至设置在外壳1内的电路板3上，所述电路板3上安装有控制电路和传感器模块，所述传感器模块包括多个集成有气体敏感材料的检测传感器4和1个未集成有气体敏感材料的参比传感器5，所述检测传感器4和参比传感器5与进气管21相通用于接收待检测的气体。

所述外壳1设有顶盖12和底座13，所述顶盖12和底座13合围后形成用于容纳的腔体 11，所述电路板3安装在底座13上。

所述进气端子2设有安装在外壳1上的安装盘22，所述安装盘22上开设有进气通道221，所述进气管21插入进气通道221内，一端延伸至外壳1之外，另一端延伸至腔体11内，所述进气管21还连通有后端气管23，所述后端气管23远离进气管21的一端与气罩24相连通，每一个所述检测传感器4和参比传感器5均与一个气罩24相扣合。

所述外壳1上还安装有显示屏6、电源接口7和USB接口8。所述传感器包括6个集成有气体敏感材料的检测传感器4和1个未集成有气体敏感材料的参比传感器5。

所述控制电路包括主控制芯片和通信模块，所述主控制芯片分别电连接检测传感器4、参比传感器5和通信模块。所述主控制芯片设有SMA接头，每个所述电连接检测传感器4 和参比传感器5均通过SMA接头与主控制芯片电连接，每个所述SMA接头均电连接有一电阻和电容用于实现阻抗匹配。所述控制电路还包括排座和液晶显示屏接口，所述排座用于连接主控制芯片，所述主控制芯片电连接液晶显示屏接口。

主控制芯片采用Cyclone IV系列的EP4CE15F17C8N，该芯片具有15408个可编程逻辑单元，165个用户可用IO口，516096Bit的内置RAM，能充分满足本系统多通道高速计数和搭建NIOS II内核的需求。外接一片256Mbit的SDRAM(HY57V641620ET)作为NIOS II 软核的运行内存、一片64Mbit的Flash(EPCS64)用于储存FPGA的配置文件和NIOS II的程序。

为了能充分显示该系统的数据处理结果，我们选择3.2寸的TFT彩色触摸屏作为设备的显示屏6。该显示屏自带显示控制电路，FPGA通过UART向其写入相应的命令和显示数据即可完成显示功能。液晶模块主要实现的功能是将FPGA采集到的数据显示出来。同时还能显示PC机分析后的浓度数据。

本检测仪采用USB与PC通信。USB具有传输速度快、占用资源少及即插即用等优点。通信模块的核心是一片FT232芯片，该芯片可以实现USB与UART之间的协议转换，FPGA 通过UART与FT232相连，FT232在PC端自动生成一个串口设备。这样FPGA就能像操作串口一样通过USB总线与PC上位机通信，软件上无需处理繁琐的USB协议栈，大大降低了系统开发难度。

如图3所示，其中P1-P7为SMA接头，P1-P6连接至6个检测传感器4的信号，P7连接至参比传感器5信号，外部使用RC网络实现阻抗匹配，P8、P9为2mm间距排座，用于连接FPGA核心板，M1为FT232USB通信模块，P10为液晶显示屏接口，J1为系统供电和扩展IO接口。

本实施例可以将6只集成了纳米聚苯胺修饰的检测传感器和1只无敏感材料的参比传感器及其振荡电路集成至一个传感模块。单个振荡电路如图4所示，振荡电路由放大电路、正反馈网络和选频网络组成，在本电路中，传感器是主要的正反馈网络组成部分，同时也是选频网络。振荡电路稳定工作后，其输出信号的频率即为谐振频率。

同时本实用新型上述实施例仅为说明本实用新型技术方案之用，仅为本实用新型技术方案的列举，并不用于限制本实用新型的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本实用新型权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本实用新型权利要求书及说明书所公开的范围。