宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法与流程

本发明涉及宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法。

背景技术：

目前，消防部队最常用的危险气体侦检器材主要有四合一气体检测仪、可燃气体检测仪。四合一气体检测仪适用于化工、石化、煤炭和市政燃气等多种场所现场检测，可以实现特殊场合测量需要，对坑道、管道、罐体、密封窗口等进行气体浓度探测或泄漏探测。可燃气体检测仪是用于探测和度量多种危险气体的通用型检测仪器，适用于在临时性的场合探测有毒气体和腐蚀性气体，具有操作简便的特点。

但是市售和消防部队配备的便携式气体仪可检测的气体数量较少，一般只能检测氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷，但火灾现场危险气体种类繁多，主要的高毒致命气体有氰化氢、氯化氢、氯气、光气等，易燃易爆气体有丙烷、苯等，消防部队配备的便携式气体分析仪无法满足危化品事故现场侦检的需要；同时各类气体探测器都有其固定的检测范围。只有在其测定范围内完成测量，才能保证仪器准确地进行测定。而市场现有并在消防部队中配备的气体侦检器材都是针对气体日常微量泄漏监测报警、环境污染监测设计的，可检测气体的浓度范围窄。在危化品大量泄露、火灾事故发生时，危险气体的浓度往往是日常微量泄露时的数百上千倍，消防部队配备的气体检测仪经常出现浓度误报和传感器中毒的情况，并不适合应急救援期间使用；同时仪器主要依赖进口，价格昂贵、后期维护困难且没有详细的中文资料和专业的培训，由于消防员仪器操作不规范而出现检测结果假阳性、假阴性、浓度误判等问题时有发生，这样的错误对现场救援人员是致命的。

因此，设计一款宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法，以解决上述技术问题，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供宽浓度多组分危险气体检测仪及其实现方法，解决现有技术消防部队配备的气体检测仪经常出现检测结果假阴性、浓度超限和传感器中毒情况的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

宽浓度多组分危险气体检测仪，包括气体检测仪主体，设于所述气体检测仪主体内用于稀释待检测气体浓度以扩大气体检测浓度范围避免传感器中毒失效的气体稀释采样接头，插接于所述气体检测仪主体上并与所述气体稀释采样接头管道连接用于集成多个相互间不会串扰的电化学传感器以进行气体检测的传感器集成模块，设于所述气体检测仪主体内与所述电化学传感器数量相同并分别与所述传感器集成模块连接的adc电路，设于所述气体检测仪主体内与所有所述adc电路分别通过spi总线连接的mcu单片机，设于所述气体检测仪主体上并分别与所述mcu单片机连接的声光警报器、4按键键盘模、以及led显示模块，设于所述气体检测仪主体内并与所述mcu单片机数据交换的sd卡数据存储模块，设于所述气体检测仪主体内并与所述mcu单片机通过电源控制及电量显示模块连接的高性能锂电池组，以及远程指挥平台信号采集终端；

所述气体稀释采样接头与所述传感器集成模块连接的管道上设有与所述mcu单片机连接的小型抽气泵，所述mcu单片机通过433m信号传输模块与所述远程指挥平台信号采集终端无线连接，所述mcu单片机与所述传感器集成模块连接。

进一步地，所述气体稀释采样接头包括呈管状结构的壳体，通过螺纹与壳体顶部、底部连接的前盖和后盖，设置在前盖上的进气口，设置在后盖上的出气口，设置在壳体内部且与壳体同轴心的采样柱，环绕在采样柱外侧设置的用于形成干净空气的过滤模块，可拆卸设置在壳体内部上侧的用于将采样气分流至采样柱和过滤模块的第一多孔隔板，设置在采样柱上部用于滤除采样气中细小颗粒的多孔纤维柱，设置在采样柱下部且与多孔纤维柱连接的样气采样孔，以及设置在壳体内部下侧的用于导通采样气与干净空气的第二多孔隔板，所述出气口通过管道与所述传感器集成模块连接；

所述前盖与第一多孔隔板形成的腔体中设置有用于滤除采样气中灰尘、油份颗粒物的粗滤模块，所述粗滤模块为烧结pp纤维滤芯，所述前盖与第一多孔隔板之间设置有压紧弹簧，所述压紧弹簧位于粗滤模块与壳体内侧壁形成的空隙中。

进一步地，所述第二多孔隔板与后盖形成的腔体中设置有用于检测接头工作情况的压力传感器，所述过滤模块包括从上至下依次设置且通过o型圈密封连接的填充有高锰酸钾活性氧化铝柱与碱性煤质活性炭混合物的第一过滤模块、填充有由无纺密纸制成的精滤滤芯的第二过滤模块、填充有钯催化氧化铝颗粒的第三过滤模块、填充有高碘值的椰壳活性炭颗粒的第四过滤模块；

所述第一过滤模块为环状盒体，且盒体的上端面和下端面为多孔结构，所述第二过滤模块、第三过滤模块、第四过滤模块的结构与第一过滤模块相同；所述壳体由透明材料制成、或者设有透明的观察带。

进一步地，所述气体稀释采样接头的使用方法包括以下步骤：

步骤a、在样品气经过进气口进入壳体内部之后，经过粗滤模块滤除采样气中的灰尘、油份颗粒物，样品气在经过第一多孔隔板之后被分成两部分，一部分流入过滤模块中，另一部分流入采样柱中；

步骤b、在过滤模块中，样品气在经过多级过滤之后，形成干净的空气进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；

步骤c、同时，进入采样柱中的样品气在多孔纤维柱中过滤掉细小的颗粒物，最后由样气采样孔进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；

步骤d、在该腔体中，空气与样品气按照一定比例混合，其中，稀释的比例根据样气采样孔的尺寸确定，达到稀释采样气的目的，最后将稀释后的采样气通过出气口排出。

进一步地，所述传感器集成模块包括集成有八个电化学传感器的电路板，气路连通机构，以及气体测量密封盒；所述电路板上集成有八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路，八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路与八个所述电化学传感器一一对应，每个所述电化学传感器分别接入相对应的电化学传感器自动识别和失效性检测电路中；

所述气路连通机构设有进气管、两个出气管、以及八个单元气室，所述进气管通过管道分别与八个所述单元气室相连通，每个所述出气管分别通过管道与四个所述单元气室相连通，八个所述单元气室分别与八个所述电化学传感器相对应，所述电路板密封盖接在所述气路连通机构上，并且每个所述电化学传感器分别位于相对应的单元气室内；

所述气体测量盒包括盒体和盖接于所述盒体上的盖体，密封盖接有所述电路板的所述气路连通机构置于所述盒体内，所述盒体上设有与所述进气管相对应的进气管孔和与所述出气管相对应的出气管孔，所述盒体上设有插线孔，所述电路板上设有分别与八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接的插接端，所述插接端穿过所述插线孔与所有所述adc电路连接，并且所述adc电路有八个，每一个所述adc电路通过所述插接端分别与一个所述所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接，所述进气管穿过所述出气管孔与所述出气口相连通。

进一步地，所述电路板和所述气路连通机构之间通过螺栓固定连接，所述气路连通机构和所述电路板之间设有硅胶密封圈，并且所述电路板和所述气路连通机构通过所述硅胶密封圈相密封，所述气路连通机构、所述盒体和盖体均采用树脂制成；

所述盒体的一侧设有插接凸起，并且所述进气管孔和所述插线孔均开设有所述插接凸起上，所述插接端位于所述插接凸起处，所述盒体的底面设有插接燕尾槽，所述气体检测仪主体上设有与所述插接燕尾槽相配合的承插燕尾槽，所述气体测量盒通过所述插接燕尾槽插接至所述气体检测仪主体上，所述气体检测仪主体上设有插接口，所述出气口和所有所述adc电路位于所述插接口内，所述气体测量盒插接至所述气体检测仪主体上时，所述插接凸起插接入所述插接口内，并且八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端分别与八个所述adc电路相连接，八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端还分别与所述mcu单片机相连接，所述进气管与所述出气口相连通。

进一步地，所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路用于自动识别电化学传感器并对已识别的电化学传感器进行时效性检测；

所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路包括设ce引脚接入端、re引脚接入端和we引脚接入端的电化学传感器接入端口，可编程可调电阻u1，mos管q1，电阻r1，电阻r2，电阻r3，电阻r4，电阻r5，电容c1，电容c2，电容c3，电容c5，放大器op1，自动增益调整电路，以及自动偏压产生电路，所述ce接入端、所述re接入端和所述we接入端分别用于接入电化学传感器的ce引脚、re引脚和we引脚；

所述电化学传感器的三个引脚分别与所述ce引脚接入端、所述re引脚接入端和所述we引脚接入端连接；

所述ce引脚接入端、所述电阻r1、以及所述放大器op1的输出端依次串接，所述re引脚接入端、所述电阻r2、所述电阻r3、以及所述放大器op1的同向输入端依次串接，所述we引脚接入端、所述可编程可调电阻u1、所述自动增益调整电路、所述电阻r4、所述电阻r5、以及所述放大器op1的反向输入端依次串接；

所述电容c1的两端分别与所述ce引脚接入端和所述re引脚接入端连接，所述电容c3的两端分别与所述放大器op1的同向输入端和所述放大器op1的输出端连接；所述电容c5的一端与所述可编程可调电阻u1连接，其另一端接地；所述电容c2的一端连接在所述电阻r2和所述电阻r3之间，其另一端连接在所述电阻r1和所述放大器op1的输出端之间；

所述自动偏压产生电路与所述放大器op1的反向输入端连接，所述自动偏压产生电路还接地，所述mos管q1的漏极d与所述we引脚接入端连接，所述mos管q1的源极s与所述re引脚接入端连接，所述mos管q1的栅极g和所述自动偏压产生电路分别与所述mcu单片机的一个引脚连接，所述mcu单片机的一个引脚连接在所述电阻r4和所述电阻r5之间，所述自动增益调整电路通过所述adc电路与所述mcu单片机连接；

所述自动增益调整电路包括放大器op2、可编程可调电阻u3、可编程可调电阻u4、可编程可调电阻u5、以及电容c6，所述放大器op2的反向输入端、所述可编程可调电阻u3、所述可编程可调电阻u4、所述可编程可调电阻u5、以及所述放大器op2的输出端依次串接，所述电容c6的两端分别与所述放大器op2的反向输入端和所述放大器op2的输出端连接，所述放大器op2的反向输入端与所述可编程可调电阻u1连接，所述放大器op2的同向输入端与所述电阻r4连接，所述放大器op2的输出端通过所述adc电路与所述mcu单片机连接；

所述自动偏压产生电路包括mos管q2、可编程可调电阻u2、可编程可调电阻u6、以及电容c4，所述mos管q2的漏极d、所述电容c4、所述可编程可调电阻u6、所述可编程可调电阻u2、以及所述mos管q2的源极s依次串接，所述mos管q2的漏极d与所述放大器op1的反向输入端连接，所述mos管q2的栅极g与所述mcu单片机的一个引脚连接，所述电容c4和所述可编程可调电阻u6之间接地；

所述可编程可调电阻u1为x9c102可编程电阻，其电阻值可调范围为0-1kω，所述可编程可调电阻u2、所述可编程可调电阻u3、所述可编程可调电阻u4、所述可编程可调电阻u5、以及所述可编程可调电阻u6均为x9c104可编程电阻，其电阻值可调范围为0-100kω；

所述电阻r1的电阻值为1kω，所述电阻r2的电阻值为10kω，所述电阻r3的电阻值为10kω，所述电阻r4的电阻值为47.5kω，所述电阻r5的电阻值为27.4kω；所述电容c1为10nf电容，所述电容c2为10nf电容，所述电容c3为10nf电容，所述电容c4为10nf电容，所述电容c5为100nf电容。

进一步地，采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别的方法包括以下步骤：

步骤①、在存储器中存入消防用电化学传感器的官方信息，并建立电化学传感器数据库；

步骤②、通过人工测试待识别电化学传感器，测出待识别电化学传感器在实际系统中的空载输出值、以及上电过程中输出曲线的特征值，并将所测得的空载输出值和特征值录入存储器；

步骤③、将待识别电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测电路，并给mcu单片机上电，mcu单片机从存储器读取待识别电化学传感器的空载输出值和特征值；

步骤④、mcu单片机根据待识别电化学传感器的空载输出值和特征值，分别对电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行正确配置；

步骤⑤、mcu单片机通过电化学传感器自动识别和失效性检测电路给待识别电化学传感器上电，并通过adc电路，监测待识别电化学传感器上电过程在各个时段的电压值，同时将所监测到的电压值与存储器内电化学传感器数据库中的电化学传感器进行匹配，从而对待识别电化学传感器进行自动识别。

进一步地，采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行失效性检测的方法包括以下步骤：

步骤ⅰ、将待检测电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测系统并启动该电化学传感器自动识别和失效性检测系统；

步骤ⅱ、初始化电化学传感器自动识别和失效性检测系统；

步骤ⅲ、初始化完成后，改变电化学传感器自动识别和失效性检测电路的参数，使待检测电化学传感器的偏压产生±1mv扰动；

步骤ⅳ、检测电化学传感器自动识别和失效性检测电路的输出电压是否随待检测电化学传感器偏压扰动而变化，若输出电压扰动幅度大，则待检测电化学传感器正常，若输出电压扰动幅度小、或者没有扰动，则待检测电化学传感器失效。

宽浓度多组分危险气体检测仪的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、根据事故现场情况，选择适宜的传感器模块，启动主机；

步骤2、启动电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别，系统自动判定所使用的传感器模块及其工作状态；

步骤2、对选定的电化学传感器采用电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行实效性检测，选取可正常作业的电化学传感器，并将安装有电化学传感器的单元气室连成通路；

步骤3、将气体稀释采样接头置于待检测危险气体中，同时启动小型抽气泵，将稀释后的危险气体泵至传感器集成模块的通路中；

步骤4、mcu单片机每隔1秒钟启动通路中电化学传感器分别进行采样，并对采样获得的数据进行电化学气体传感器交叉灵敏度运算处理，运算处理的结果通过led显示模块进行实时显示，同时对运算处理后的数据通过sd卡数据存储模块进行数据存储。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，在气体检测前可对电化学传感器进行自动识别，并进行有效性检测，可有效杜绝传感器浓度误报情形，同时，气体稀释采样接头可对高浓度危险气体进行稀释，防止电化学传感器中毒，可有效拓宽气体检测浓度范围，传感器集成模块设多个单元气室，每个单元气室可分布一个电化学传感器，以检测一种危险气体，其传感器模块可根据灾害现场需要测量的气体组分更换，实现可检测气体种类即时扩容的功能，适用于不明情况的灾害现场危险气体应急监测，采样结果进行电化学气体传感器交叉灵敏度运算处理，使检测结果更加精准。

附图说明

图1为本发明宽浓度多组分危险气体检测仪结构示意图。

图2为本发明气体稀释采样接头的剖面结构示意图。

图3为本发明第一过滤模块结构示意图。

图4为本发明气体稀释采样接头的外部结构示意图。

图5为本发明传感器集成模块外观示意图。

图6为本发明传感器集成模块气路连通机构结构示意图。

图7为本发明传感器集成模块集成有电化学传感器的电路板示意图。

图8为本发明传感器集成模块盒体俯视图。

图9为本发明传感器集成模块盒体仰视图。

图10为本发明传感器集成模块盒体一侧视图(含插接凸起侧)。

图11为本发明传感器集成模块盒体另一侧视图(插接凸起对侧)。

图12为本发明传感器集成模块盖体视图。

图13为本发明电化学传感器自动识别和失效性检测电路的的驱动原理图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-电化学传感器、2-传感器集成模块、3-气体稀释采样接头、4-adc电路、5-mcu单片机、6-声光警报器、7-4按键键盘模、8-led显示模块、9-sd卡数据存储模块、10-电源控制及电量显示模块、11-高性能锂电池组、12-小型抽气泵、13-433m信号传输模块、14-远程指挥平台信号采集终端、22-电路板、23-气路连通机构、24-气体测量密封盒、25-进气管、26-出气管、27-单元气室、28-盒体、29-盖体、210-出气管孔、211-插线孔、212-进气管孔、213-插接凸起、214-插接燕尾槽、215-插接端、31-前盖、32-壳体、33-后盖、34-压力传感器、35-压紧弹簧、36-第一多孔隔板、37-过滤模块、38-o型圈、39-进气口、310-第二多孔隔板、311-采样柱、312-样气采样孔、313-多孔纤维柱、314-出气口、315-粗滤模块、316-观察带、371-第一过滤模块、372-第二过滤模块、373-第三过滤模块、374-第四过滤模块。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的宽浓度多组分危险气体检测仪，结构简单、设计科学合理，使用方便，在气体检测前可对电化学传感器进行自动识别，并进行有效性检测，可有效杜绝传感器浓度误报情形，同时，气体稀释采样接头可对高浓度危险气体进行稀释，防止电化学传感器中毒，可有效拓宽气体检测浓度范围，传感器集成模块设多个单元气室，每个单元气室可分布一个电化学传感器，以检测一种危险气体，其最大检测危险气体种类可达8种，包括hcn、hcl、so2、no2、co、no、h2s等危险气体，气体检测范围广，采样结果进行电化学气体传感器交叉灵敏度运算处理，使检测结果更加精准。

本发明包括气体检测仪主体，设于所述气体检测仪主体内用于稀释待检测气体浓度以扩大气体检测浓度范围避免传感器中毒失效的气体稀释采样接头3，插接于所述气体检测仪主体上并与所述气体稀释采样接头3管道连接用于集成多个相互间不会串扰的电化学传感器1以进行气体检测的传感器集成模块2，设于所述气体检测仪主体内与所述电化学传感器1数量相同并分别与所述传感器集成模块2连接的adc电路4，设于所述气体检测仪主体内与所有所述adc电路4分别通过spi总线连接的mcu单片机5，设于所述气体检测仪主体上并分别与所述mcu单片机5连接的声光警报器6、4按键键盘模7、以及led显示模块8，设于所述气体检测仪主体内并与所述mcu单片机5数据交换的sd卡数据存储模块9，设于所述气体检测仪主体内并与所述mcu单片机通过电源控制及电量显示模块10连接的高性能锂电池组11，以及远程指挥平台信号采集终端14；所述气体稀释采样接头3与所述传感器集成模块2连接的管道上设有与所述mcu单片机连接的小型抽气泵12，所述mcu单片机5通过433m信号传输模块13与所述远程指挥平台信号采集终端14无线连接，所述mcu单片机5与所述传感器集成模块2连接。

如图2-4所示，本发明所述气体稀释采样接头3包括呈管状结构的壳体32，通过螺纹与壳体32顶部、底部连接的前盖31和后盖33，设置在前盖31上的进气口39，设置在后盖33上的出气口314，设置在壳体32内部且与壳体32同轴心的采样柱311，环绕在采样柱311外侧设置的用于形成干净空气的过滤模块37，可拆卸设置在壳体32内部上侧的用于将采样气分流至采样柱311和过滤模块37的第一多孔隔板36，设置在采样柱311上部用于滤除采样气中细小颗粒的多孔纤维柱313，设置在采样柱311下部且与多孔纤维柱313连接的样气采样孔312，以及设置在壳体32内部下侧的用于导通采样气与干净空气的第二多孔隔板310，所述出气口314通过管道与所述传感器集成模块2连接；所述前盖31与第一多孔隔板36形成的腔体中设置有用于滤除采样气中灰尘、油份颗粒物的粗滤模块315，所述粗滤模块315为烧结pp纤维滤芯，所述前盖31与第一多孔隔板36之间设置有压紧弹簧35，所述压紧弹簧35位于粗滤模块315与壳体32内侧壁形成的空隙中。

本发明所述第二多孔隔板310与后盖33形成的腔体中设置有用于检测接头工作情况的压力传感器34，所述过滤模块37包括从上至下依次设置且通过o型圈38密封连接的填充有高锰酸钾活性氧化铝柱与碱性煤质活性炭混合物的第一过滤模块371、填充有由无纺密纸制成的精滤滤芯的第二过滤模块372、填充有钯催化氧化铝颗粒的第三过滤模块373、填充有高碘值的椰壳活性炭颗粒的第四过滤模块374；所述第一过滤模块371为环状盒体，且盒体的上端面和下端面为多孔结构，所述第二过滤模块372、第三过滤模块373、第四过滤模块374的结构与第一过滤模块371相同；所述壳体32由透明材料制成、或者设有透明的观察带316。

本发明所述气体稀释采样接头3的使用方法包括以下步骤：

步骤a、在采样气经过进气口进入壳体内部之后，经过粗滤模块滤除采样气中的灰尘、油份颗粒物，采样气在经过第一多孔隔板之后被分成两部分，一部分流入过滤模块中，另一部分流入采样柱中；

步骤b、在过滤模块中，采样气在经过多级过滤之后，形成干净的空气进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；

步骤c、同时，进入采样柱中的采样气在多孔纤维柱中过滤掉细小的颗粒物，最后由样气采样孔进入第二多孔隔板与后盖形成的腔体中；

步骤d、在该腔体中，空气与采样气按照一定比例混合，其中，稀释的比例根据样气采样孔的尺寸确定，达到稀释采样气的目的，最后将稀释后的采样气通过出气口排出。

本发明气体稀释采样接头3将气体的稀释功能集成在采样接头上，在采样气进入采样接头内部之后，一部分通过过滤模块净化为干净的空气，另一部分通过多孔纤维柱、样气采样孔控制采样气的排出量，最终空气与采样气按照一定比例混合，达到稀释采样气的目的，便于后续的气体检测；本发明气体稀释采样接头主要针对一些高浓度污染气体环境中的采样要求，通过固定比例稀释的方式直接将采样气进行稀释，提高了使用的方便性，不需要额外增加配件，降低了成本，且采样接头的结构简单、体积小。

本发明气体稀释采样接头3为了便于观察过滤模块7内填充的滤料的使用情况，本发明将所述壳体2采用透明材料制成，或者在所述壳体2上设有透明的观察带，及时获知滤料的使用情况，方便及时维护更换，由于第一多孔隔板6可拆卸地连接在壳体2内部，在更换滤料时取出第一多孔隔板6即可更换，方便快捷。本发明气体稀释采样接头3设置的压紧弹簧在前盖通过螺纹与壳体连接时，会向下挤压第一多孔隔板，使各个过滤模块紧密接触，再配合o型圈的作用，达到压紧、密封过滤模块的目的。本发明气体稀释采样接头3设置的压力传感器用于检测腔体的气体压力，及时获知接头的工作情况，防止接头内部堵塞。

如图5-12所示，本发明所述传感器集成模块2包括集成有八个电化学传感器1的电路板22，气路连通机构23，以及气体测量密封盒24；所述电路板22上集成有八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路，八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路与八个所述电化学传感器1一一对应，每个所述电化学传感器1分别接入相对应的电化学传感器自动识别和失效性检测电路中；所述气路连通机构23设有进气管25、两个出气管26、以及八个单元气室27，所述进气管25通过管道分别与八个所述单元气室27相连通，每个所述出气管26分别通过管道与四个所述单元气室27相连通，八个所述单元气室27分别与八个所述电化学传感器1相对应，所述电路板22密封盖接在所述气路连通机构23上，并且每个所述电化学传感器1分别位于相对应的单元气室27内；所述气体测量盒24包括盒体28和盖接于所述盒体28上的盖体29，密封盖接有所述电路板22的所述气路连通机构23置于所述盒体28内，所述盒体28上设有与所述进气管25相对应的进气管孔212和与所述出气管26相对应的出气管孔210，所述盒体28上设有插线孔211，所述电路板22上设有分别与八个所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接的插接端215，所述插接端215穿过所述插线孔211与所有所述adc电路4连接，并且所述adc电路4有八个，每一个所述adc电路4通过所述插接端215分别与一个所述所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路相连接，所述进气管25穿过所述出气管孔210与所述出气口314相连通。

本发明所述电路板22和所述气路连通机构23之间通过螺栓固定连接，所述气路连通机构23和所述电路板22之间设有硅胶密封圈，并且所述电路板22和所述气路连通机构23通过所述硅胶密封圈相密封，所述气路连通机构23、所述盒体28和盖体29均采用树脂制成；所述盒体28的一侧设有插接凸起213，并且所述进气管孔212和所述插线孔211均开设有所述插接凸起213上，所述插接端215位于所述插接凸起213处，所述盒体28的底面设有插接燕尾槽214，所述气体检测仪主体上设有与所述插接燕尾槽214相配合的承插燕尾槽，所述气体测量盒24通过所述插接燕尾槽214插接至所述气体检测仪主体上，所述气体检测仪主体上设有插接口，所述出气口314和所有所述adc电路4位于所述插接口内，所述气体测量盒24插接至所述气体检测仪主体上时，所述插接凸起213插接入所述插接口内，并且八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端215分别与八个所述adc电路4相连接，八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路通过所述插接端215还分别与所述mcu单片机5相连接，所述进气管25与所述出气口314相连通。

本发明传感器集成模块结构简单、设计科学合理，使用方便，将八个电化学传感器集成在一起，八个电化学传感器可同时进行气体检测并且相互间不会发生串扰，同时还能很方便地插接到宽浓度多组分危险气体检测仪上，可有效提高宽浓度多组分危险气体的检测效率，为抢险救灾赢得宝贵时间。

本发明包括电化学传感器、电路板和气路连通机构，电路板上集成有八个电化学传感器和八个电化学传感器自动识别和失效性检测电路，每个电化学传感器自动识别和失效性检测电路上连接有一个电化学传感器，电路板密封盖接在气路连通机构上，每个电化学传感器置于气路连通机构的的一个单元气室内，进气管分别与每一个单元气室连通，每根出气管分别与四个单元气室连通，如此，进气管与宽浓度多组分危险气体检测仪上的采样管相连通，宽浓度多组分危险气体检测仪上的采样管将危化品泄露出的气体采样后通过采样管进入进气管，再分别进入八个单元气室，之后从出气管外排，在危险气体进入单元气室时，相应电化学传感器即可对其进行检测，由于八个单元气室采用并联的方式分布，位于八个单元气室内的八个电化学传感器在作业时相互之间不会产生串扰，检测精度高，由于每一个电化学传感器都是单独接入一个电化学传感器自动识别和失效性检测电路中，其可以各自独立作业，也即可同时检测八种危险气体，检测效率高，可为抢险救灾赢得宝贵时间。

本发明电路板通过螺栓固定在气路连通机构上，并通过硅胶密封圈密封，电路板与气路连通机构可拆卸，方便检修，气体测量密封盒设插接凸起和插接燕尾槽，插接燕尾槽可方便将气体测量密封盒固定到宽浓度多组分危险气体检测仪上，插接凸起与宽浓度多组分危险气体检测仪上的插接口相对接，插接端即可与控制元件连接，进气管即可与气体采样管相连通，安装方便，可有效提高检测效率。

如图13所示，本发明所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路用于自动识别电化学传感器并对已识别的电化学传感器进行时效性检测；所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路包括设ce引脚接入端、re引脚接入端和we引脚接入端的电化学传感器接入端口，可编程可调电阻u1，mos管q1，电阻r1，电阻r2，电阻r3，电阻r4，电阻r5，电容c1，电容c2，电容c3，电容c5，放大器op1，自动增益调整电路，以及自动偏压产生电路，所述ce接入端、所述re接入端和所述we接入端分别用于接入电化学传感器的ce引脚、re引脚和we引脚；所述电化学传感器的三个引脚分别与所述ce引脚接入端、所述re引脚接入端和所述we引脚接入端连接。

本发明所述ce引脚接入端、所述电阻r1、以及所述放大器op1的输出端依次串接，所述re引脚接入端、所述电阻r2、所述电阻r3、以及所述放大器op1的同向输入端依次串接，所述we引脚接入端、所述可编程可调电阻u1、所述自动增益调整电路、所述电阻r4、所述电阻r5、以及所述放大器op1的反向输入端依次串接；所述电容c1的两端分别与所述ce引脚接入端和所述re引脚接入端连接，所述电容c3的两端分别与所述放大器op1的同向输入端和所述放大器op1的输出端连接；所述电容c5的一端与所述可编程可调电阻u1连接，其另一端接地；所述电容c2的一端连接在所述电阻r2和所述电阻r3之间，其另一端连接在所述电阻r1和所述放大器op1的输出端之间。

本发明所述自动偏压产生电路与所述放大器op1的反向输入端连接，所述自动偏压产生电路还接地，所述mos管q1的漏极d与所述we引脚接入端连接，所述mos管q1的源极s与所述re引脚接入端连接，所述mos管q1的栅极g和所述自动偏压产生电路分别与所述mcu单片机的一个引脚连接，所述mcu单片机的一个引脚连接在所述电阻r4和所述电阻r5之间，所述自动增益调整电路通过所述adc电路与所述mcu单片机连接；所述自动增益调整电路包括放大器op2、可编程可调电阻u3、可编程可调电阻u4、可编程可调电阻u5、以及电容c6，所述放大器op2的反向输入端、所述可编程可调电阻u3、所述可编程可调电阻u4、所述可编程可调电阻u5、以及所述放大器op2的输出端依次串接，所述电容c6的两端分别与所述放大器op2的反向输入端和所述放大器op2的输出端连接，所述放大器op2的反向输入端与所述可编程可调电阻u1连接，所述放大器op2的同向输入端与所述电阻r4连接，所述放大器op2的输出端通过所述adc电路与所述mcu单片机连接。

本发明所述自动偏压产生电路包括mos管q2、可编程可调电阻u2、可编程可调电阻u6、以及电容c4，所述mos管q2的漏极d、所述电容c4、所述可编程可调电阻u6、所述可编程可调电阻u2、以及所述mos管q2的源极s依次串接，所述mos管q2的漏极d与所述放大器op1的反向输入端连接，所述mos管q2的栅极g与所述mcu单片机的一个引脚连接，所述电容c4和所述可编程可调电阻u6之间接地；所述可编程可调电阻u1为x9c102可编程电阻，其电阻值可调范围为0-1kω，所述可编程可调电阻u2、所述可编程可调电阻u3、所述可编程可调电阻u4、所述可编程可调电阻u5、以及所述可编程可调电阻u6均为x9c104可编程电阻，其电阻值可调范围为0-100kω；所述电阻r1的电阻值为1kω，所述电阻r2的电阻值为10kω，所述电阻r3的电阻值为10kω，所述电阻r4的电阻值为47.5kω，所述电阻r5的电阻值为27.4kω；所述电容c1为10nf电容，所述电容c2为10nf电容，所述电容c3为10nf电容，所述电容c4为10nf电容，所述电容c5为100nf电容。

本发明可编程可调电阻u1-6均采用x9cxxx系列可编程可调电阻，可以通过mcu单片机来调整电阻的具体阻值。

本发明可编程可调电阻u1采用x9c102，可产生0～1k的电阻值，能满足所有电化学传感器负载电阻的需要，所以，该电路能适配市场上所有的电化学传感器，当不同品牌电化学传感器插入电路后，mcu单片机可以根据不同电化学传感器的参数，对负载电阻进行调整。

本发明自动增益调整电路中的可编程可调电阻u3\u4\u5采用x9c104可编程可调电阻进行串联，mcu单片机可以根据系统需要，对三个电阻进行自动调整，从而达到自动增益调整的目的，这样系统可以根据响应结果，来调整增益，当传感器输出电流较小，导致sen_vout_op输出太小而无法测量时，mcu单片机可以适当调整u3\u4\u5的值，让增益变大；当传感器输出电流较大，导致sen_vout_op输出太大而超出量程，mcu单片机可以适当调整u3\u4\u5的值，让增益变小，从而匹配后级ad电路的测量量程；

本发明自动偏压产生电路，当需要产生偏压来达到传感器检测功能或者某些传感器自身需要产生偏压时，mcu单片机可以通过拉低q2的bias_switch引脚，让偏压电路u2/u6产生需要的偏压，u2\u6采用x9c104可编程可调电阻进行串联，mcu单片机可以根据系统需要，对两个电阻进行自动调整，从而达到偏压调整的目的。

本发明电化学传感器自动识别和失效性检测电路结构简单、设计科学合理，使用方便，其可快速、高效、精准、自动识别电化学传感器，以及快速、高效、精准检测电化学传感器是否失效。

本发明采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别的方法包括以下步骤：

步骤①、在存储器中存入消防用电化学传感器的官方信息，并建立电化学传感器数据库；

步骤②、通过人工测试待识别电化学传感器，测出待识别电化学传感器在实际系统中的空载输出值、以及上电过程中输出曲线的特征值，并将所测得的空载输出值和特征值录入存储器；

步骤③、将待识别电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测电路，并给mcu单片机上电，mcu单片机从存储器读取待识别电化学传感器的空载输出值和特征值；

步骤④、mcu单片机根据待识别电化学传感器的空载输出值和特征值，分别对电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行正确配置；

步骤⑤、mcu单片机通过电化学传感器自动识别和失效性检测电路给待识别电化学传感器上电，并通过ad转换电路，监测待识别电化学传感器上电过程在各个时段的电压值，同时将所监测到的电压值与存储器内电化学传感器数据库中的电化学传感器进行匹配，从而对待识别电化学传感器进行自动识别。

电化学传感器自动识别和失效性检测电路可对电化学传感器进行自动识别，识别流程简单、设计科学合理，使用方便，可对电化学传感器进行精准自动识别，适用电化学传感器种类范围广，识别效率高。

本发明采用所述电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行失效性检测的方法包括以下步骤：

步骤ⅰ、将待检测电化学传感器接入电化学传感器自动识别和失效性检测系统并启动该电化学传感器自动识别和失效性检测系统；

步骤ⅱ、初始化电化学传感器自动识别和失效性检测系统；

步骤ⅲ、初始化完成后，改变电化学传感器自动识别和失效性检测电路的参数，使待检测电化学传感器的偏压产生±1mv扰动；

步骤ⅳ、检测电化学传感器自动识别和失效性检测电路的输出电压是否随待检测电化学传感器偏压扰动而变化，若输出电压扰动幅度大，则待检测电化学传感器正常，若输出电压扰动幅度小、或者没有扰动，则待检测电化学传感器失效。

本发明通过电化学传感器自动识别和失效性检测系统给待检测电化学传感器输入一个±1mv的偏压，单片机通过ad转换电路与电化学传感器自动识别和失效性检测电路的电压输出端连接，以此来监测电化学传感器自动识别和失效性检测电路的vout变化情况，当vout会发生变化，且输入正确偏压时，电化学传感器自动识别和失效性检测电路输出电压vout恢复正常。由此可判断传感器是正常的。

若输入±1mv偏压电化学传感器自动识别和失效性检测电路电压输出vout无变化，则初步判断电化学传感器有故障。将偏压改为正确值输入，电化学传感器自动识别和失效性检测电路仍无正常输出，则可判断此电化学传感器确定已坏，检测结果快速、高效、精准。

本发明宽浓度多组分危险气体检测仪的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、根据事故现场情况，选择适宜的传感器模块，启动主机；

步骤2、启动电化学传感器自动识别和失效性检测电路对电化学传感器进行自动识别，系统自动判定所使用的传感器模块及其工作状态；

步骤2、对选定的电化学传感器采用电化学传感器自动识别和失效性检测电路进行实效性检测，选取可正常作业的电化学传感器，并将安装有电化学传感器的单元气室连成通路；

步骤3、将气体稀释采样接头置于待检测危险气体中，同时启动小型抽气泵，将稀释后的危险气体泵至传感器集成模块的通路中；

步骤4、mcu单片机每隔1秒钟启动通路中电化学传感器分别进行采样，并对采样获得的数据进行电化学气体传感器交叉灵敏度运算处理，运算处理的结果通过led显示模块进行实时显示，同时对运算处理后的数据通过sd卡数据存储模块进行数据存储。

本发明mcu单片机每间隔1秒钟启动八路气体采样电路进行采样，采样获得的数据在主控制器中进行运算处理，运算出来的结果送到显示屏进行实时显示，同时将运算后的数据送到外部存储器进行数据存储。显示屏采用工业串口屏，人机界面在显示屏电路板上独立运行，人机界面的操作信息会通过串口送到主控制器，根据人机界面的操作内容，主控制器进行相关的工作状态调整。便携设备具备usbmassstorage功能，用户连接电脑后，可以以常规的u盘处理方式进行存储数据文件的相关操作。

本发明电化学气体传感器交叉灵敏度运算方法如下：

1、假设所有电化学传感器对气体的响应均为线性，且不产生系统噪音；则气体x对x传感器的信号为cx测＝kxcx，kx为x传感器对x气体的响应：

2、根据excel文件中计算出的k值得出方程

cco测＝cco+0.2cno；

chcl测＝chcl+4ch2s+2cso2+2.25cno；

chcn测＝chcn+2ch2s+0.3cso2；

cso2测＝cso2；

c苯测＝c苯+1.105cco+4.66ch2s+1.25cso2。

3、由于没有监测h2s、no、no2气体浓度，因此只能暂时设定混合气体中h2s、no、no2的浓度为0。由此可根据测定浓度计算出烟气中各组分的实际浓度。

cco＝cco测；

chcl＝chcl测-2cso2测；

chcn＝chcn测-0.3cso2测；

cso2＝cso2测；

c苯＝c苯测-1.105cco测-1.25cso2测。

由于h2s、no、no2对其它电化学气体传感器影响较大，为了得到较为准确的结果，建议增加h2s、no、no2传感器。

本发明具有如下技术特点：

多组分检测——可同时检测8种气体。

宽浓度监测——可检测浓度范围宽。

抗干扰检测——消除气体传感器之间的干扰，使气体定性定量精确。

危险气体——如hcn、hcl、so2、no2、co、no、h²s。

便携——重量≤3kg，将所有仪器集成至一起，体积小，重量轻。

本发明采用气体在线稀释技术，将高浓度样品气按比例在线稀释为低浓度气体，再通入气体传感器进行测量。

本发明采用传感器阵列技术及传感器自动识别技术，设计插拔式传感器模块，扩充气体测试种类，由于传感器有交叉灵敏度缺陷，也就是同一个传感器对不同气体都有响应，通过扩充气体测试种类，扣除其他气体的响应，解决假阳性假阴性问题。

本发明采样电子鼻模式识别算法(电化学气体传感器交叉灵敏度运算算法)，将各传感器测得的信号进行加和或扣除，减少传感器间交叉灵敏度对气体浓度测量的影响。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。