一种基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统

本发明涉及甲醛探测，具体涉及一种基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统。

背景技术：

1、甲醛是一种广泛存在于室内环境中的挥发性有机化合物，来源包括家具、建筑材料、装饰品等。长期暴露于高浓度的甲醛环境可能对人体健康造成潜在威胁，包括但不限于呼吸系统疾病、皮肤过敏等。因此，对室内甲醛浓度的实时监测变得尤为重要。

2、传统的甲醛探测方法主要包括气相色谱法、光谱法和电化学法等（formaldehydegas sensors: a review, sensors, 2013, 13(4), 4468-4484; formaldehydedetection methods: a review, sensors and actuators b: chemical, 2018, 263,316-325; recent advances in formaldehyde sensing technologies, sensors andactuators b: chemical, 2019, 281, 276-290）。这些方法在一定程度上可以实现对甲醛的检测，然而，它们普遍存在一些缺点：传统的气相色谱法对设备体积大、响应时间慢、操作复杂等问题，限制了其在实时监测中的应用。光谱法虽然灵敏度高，但仍然受到设备昂贵、需要专业人员操作和对环境光干扰等问题的制约，使其在大规模实时监测中应用受限。传统的电化学法由于其灵敏度和稳定性相对较低，容易受到干扰，使其在实际应用中存在一定的局限性。

3、面对传统甲醛探测方法的种种限制，迫切需要探索新原理的甲醛探测技术。通过引入新的技术原理，可以实现对甲醛浓度更加准确、高效、实时的监测，提高甲醛探测技术的可行性和实用性。另一方面，传统甲醛探测技术通常只基于一种检测原理，如光学效应或电化学效应，而无法全面、准确地获取有关甲醛浓度的信息。因此，探索同时基于两种效应的甲醛探测技术显得尤为重要。结合多种检测原理，可以提高甲醛探测的综合性能，增强其在实际应用中的适用性。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供了一种基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，包括悬臂梁系统、光学系统、敏感材料。悬臂梁系统包括底座、悬臂梁、振源、传感器。传感器用于探测悬臂梁的共振频率。光学系统包括光源、光探测器。敏感材料固定在悬臂梁上，敏感材料与甲醛反应，改变悬臂梁的共振频率。光源发出的光照射敏感材料，经敏感材料反射后，被光探测器收集。敏感材料与甲醛的反应，还改变了敏感材料的光反射特性。

2、本发明在悬臂梁上引入敏感材料，敏感材料与甲醛反应或吸附甲醛后，敏感材料的力学特性发生变化，从而改变了悬臂梁的共振频率；另外，敏感材料吸附甲醛或者与甲醛反应后，改变了颜色。本发明从共振频率和颜色两方面实现甲醛探测，具有更高的灵敏度。

3、更进一步地，敏感材料为木质纤维。

4、更进一步地，光源发射连续光谱，光探测器探测敏感材料的反射光谱。

5、更进一步地，振源采用电磁激励、压电激励、声波激励、机械激励或光学激励。

6、更进一步地，悬臂梁的材料为硅、铝、金属合金、半导体、金刚石。

7、更进一步地，木质纤维粘附在悬臂梁上。

8、更进一步地，木质纤维的方向沿悬臂梁的方向，以增强木质纤维与悬臂梁之间的作用。

9、更进一步地，悬臂梁上设有凹槽，木质纤维设置在凹槽内。

10、更进一步地，凹槽的截面为v形，凹槽沿悬臂梁方向。

11、更进一步地，凹槽延伸至悬臂梁的自由端。

12、本发明的有益效果：

13、（1）本发明在悬臂梁上设置敏感材料，敏感材料与甲醛反应或吸附甲醛后，敏感材料的力学特性发生变化，从而改变了悬臂梁的共振频率；另外，敏感材料吸附甲醛或者与甲醛反应后，改变了颜色。本发明从共振频率和颜色两方面实现甲醛探测，具有更高的灵敏度和准确性。

14、（2）本发明在将木质纤维的方向设置为悬臂梁方向，更多地改变了悬臂梁整体结构的弹性系数，更多地改变了悬臂梁的共振频率，提高了甲醛探测的灵敏度。

15、（3）本发明在悬臂梁上设置凹槽，将木质纤维设置在凹槽内，气体被限制在凹槽内，增强了甲醛与木质纤维的吸附作用，甲醛能够更多地改变木质纤维的力学特性和光学特性，提高了甲醛探测的灵敏度。

16、综合以上效果，本发明在甲醛探测技术领域具有良好的应用前景。

17、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：包括悬臂梁系统、光学系统、敏感材料；所述悬臂梁系统包括底座、悬臂梁、振源、传感器，所述传感器用于探测所述悬臂梁的共振频率；所述光学系统包括光源、光探测器；所述敏感材料固定在所述悬臂梁上，所述敏感材料与甲醛反应，改变所述悬臂梁的共振频率；所述光源发出的光照射所述敏感材料，经所述敏感材料反射后，被所述光探测器收集；所述敏感材料与甲醛的反应，还改变了所述敏感材料的光反射特性。

2.如权利要求1所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述敏感材料为木质纤维。

3.如权利要求2所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述光源发射连续光谱，所述光探测器探测所述敏感材料的反射光谱。

4.如权利要求2所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述振源采用电磁激励、压电激励、声波激励、机械激励或光学激励。

5.如权利要求2所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述悬臂梁的材料为硅、铝、金属合金、半导体、金刚石。

6.如权利要求2所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述木质纤维粘附在悬臂梁上。

7.如权利要求2-6任一项所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述木质纤维的方向沿所述悬臂梁的方向。

8.如权利要求7所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述悬臂梁上设有凹槽，所述木质纤维设置在凹槽内。

9.如权利要求8所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述凹槽的截面为v形，所述凹槽沿所述悬臂梁方向。

10.如权利要求9所述的基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，其特征在于：所述凹槽延伸至所述悬臂梁的自由端。

技术总结
本发明涉及甲醛探测技术领域，具体涉及一种基于悬臂梁和光反射的甲醛探测系统，包括悬臂梁系统、光学系统、敏感材料。悬臂梁系统包括底座、悬臂梁、振源、传感器。传感器用于探测悬臂梁的共振频率。光学系统包括光源、光探测器。敏感材料固定在悬臂梁上，敏感材料与甲醛反应，改变悬臂梁的共振频率。光源发出的光照射敏感材料，经敏感材料反射后，被光探测器收集。本发明在悬臂梁上引入敏感材料，敏感材料与甲醛反应或吸附甲醛后，敏感材料的力学特性发生变化，从而改变了悬臂梁的共振频率；另外，敏感材料吸附甲醛或者与甲醛反应后，改变了颜色。本发明从共振频率和颜色两方面实现甲醛探测，具有更高的灵敏度和准确性。

技术研发人员：刘黎明,芮奕婷,袁海军,刘俊,华蕊
受保护的技术使用者：电子科技大学中山学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21