一種新型氣體濃度測量裝置的製作方法
2023-05-09 13:50:31
本實用新型涉及氣體濃度檢測技術領域，具體涉及一種新型氣體濃度測量裝置。
背景技術：
隨著現代社會產業化和城市化水平的不斷提高，環境汙染源也隨著擴大。無論是大氣汙染(如NO、NO2、SO2等)還是人體健康診斷(O2，CO2，CO等)，還是採礦安全(CO、CH4等)都涉及到氣體含量及存在與否的測量問題，特別是現代工業化帶來的全球臭氧層破壞、溫室效應、光化學煙霧等嚴重後果，對國家發展和人類健康具有深遠的影響，面對這種形勢，人們對環境技術的研究不斷深入，對環境產業市場的投資不斷加大。
目前，氣體傳感的方法非常多，可大致分為物理和化學兩大類。物理的方法可以通過電流、電導、超聲、光折射率、光強度等物理量的變化來檢測氣體的成分及濃度；而化學的方法則是通過化學反應、電化學反映引起物理量的變化(如溫度、顏色變化)來檢測的。
現有技術中的氣體濃度測量裝置存在一些缺陷，比如電化學傳感器存在成本高、選擇性差、有較大的漂移；分光光度計操作複雜，需要專業人士；變色試紙的測量數值會隨著不同人讀取而結果不一樣，也會引入偶然誤差；其他大型儀器，比如氣相色譜等，其成本高，體積大，需要專業人士操作。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本實用新型提供一種新型氣體濃度測量裝置，降低了成本，簡化了整體結構，操作方便，便於攜帶，提高了測量精度，同時也擴大了測量範圍。
一種新型氣體濃度測量裝置，其特徵在於：包括顏色信息採集裝置、光源、風扇、信號處理模塊、顯色反應單元和殼體；所述殼體內設有通氣道；所述顯色反應單元和顏色信息採集裝置均安裝於殼體用於通過顏色信息採集裝置記錄顯色反應單元與通氣道內的氣體反應所產生的顏色變化；所述殼體上設有用於安裝顯色反應單元的中空圓柱體和用於安裝顏色信息採集裝置的安裝座，所述光源與顏色信息採集裝置並列布置用於照明顯色反應單元的拍攝面；所述風扇鑲嵌於通氣道內的一端，所述顏色信息採集裝置、光源和風扇與所述信號處理模塊導電連接優選地，所述中空圓柱體的進口端設有相適配的端蓋，所述中空圓柱體出口端呈錐形。錐形埠限定了顯色反應單元的測量位置。
優選地，所述中空圓柱體與通氣道垂直並相通，中空圓柱體的外端設有相適配的端蓋，顯色反應單元設於中空圓柱體內部，所述中空圓柱體內端呈錐形以防止顯色反應單元掉落。設置中空圓柱體，方便更換顯色反應單元。
優選地，所述端蓋與中空圓柱體之間通過螺紋連接，端蓋的內側面與顯色反應單元設有壓縮彈簧。端蓋與中空圓柱體的進口端通過螺紋緊固後，端蓋的彈簧將顯色反應單元推向錐形埠並頂住，鎖定顯色反應單元和顏色信息採集裝置之間的拍攝距離。
優選地，所述殼體對應顏色信息採集裝置的鏡頭設有圓孔；所述中空圓柱體的中心線與所述圓孔的中心線在同一條直線上。保證了顏色信息採集裝置與顯色反應單元在同一條直線上，使拍攝更準確無誤。
優選地，所述顏色信息採集裝置的鏡頭設於所述圓孔，所述顏色信息採集裝置的後端設於所述安裝座。使顏色信息採集裝置更牢固的固定在殼體上，不會輕易鬆動而影響拍攝。
優選地，所述光源為兩個並且沿通氣道的走向分布於所述鏡頭的兩側。光源提供足夠了的亮度，使拍攝更清晰。
優選地，所述信號處理模塊設有電池、信號傳輸接口、充電接口、開關按鈕和設置按鈕。電池集成在信號處理模塊上，不佔用單獨空間，使產品更小型化。
本實用新型的有益效果體現在：顏色信息採集裝置和顯色反應單元設於殼體通氣道的兩側，風扇安裝於通氣道的一端內，信號處理模塊與風扇、顏色信息採集裝置和光源導電連接；通過端蓋將顯色反應單元推進中空圓柱體內的錐形出口，端蓋的彈簧將顯色反應單元頂住，風扇將被測氣體迅速吸入通氣道內，並與顯色反應單元反應，顏色信息採集裝置拍攝顯色反應單元的顏色變化，信號處理模塊將顯色反應單元的顏色變化信息傳送至配套的外部設備，通過被套的外部設備分析處理，得出相應的氣體濃度。顯色反應單元可根據不同的測量氣體而更換，極大的擴大測量範圍，同時也降低了測量的成本；信號處理模塊實現全自動的攝像採集、光源控制、通風控制和信號傳遞，使操作方便易行；通過延長測量時間，採取多組數據進行處理的方式，提高測量精度。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。
圖1為本實用新型的結構示意圖之一；
圖2為本實用新型的結構示意圖之二；
圖3為本實用新型中運算公式的擬合曲線圖。
附圖中，1-顏色信息採集裝置，2-光源，3-風扇，4-信號處理模塊，5-顯色反應單元，6-殼體，7-端蓋，8-彈簧，9-安裝座，10-中空圓柱體
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能
以此來限制本實用新型的保護範圍。
如圖1和圖2所示，新型氣體濃度測量裝置，包括顏色信息採集裝置1、光源2、風扇3、信號處理模塊4、顯色反應單元5和殼體6。殼體6的兩側面分別設有用於安裝顯色反應單元5和顏色信息採集裝置1的中空圓柱體10和安裝座9，顏色信息採集裝置1可以是攝像頭，也可以是顏色識別器，殼體6的中部設有與殼體6的兩側面和上面平行且貫穿於整個殼體的通氣道，中空圓柱體10和圓孔分別與通氣道相連通，中空圓柱體10外端設有相適配的端蓋7，端蓋7與中空圓柱體10的外端螺紋連接，端蓋7的內側面設有彈簧8，中空圓柱體10的內端呈錐形。顯色反應單元5包括多孔的二氧化矽球體和附著在二氧化矽球體的檢測物質，檢測物質與被測氣體反應並呈現顏色變化，顏色隨被測氣體的濃度大小而改變。顏色信息採集裝置1的鏡頭設於圓孔，顏色信息採集裝置1的後端與安裝座9通過螺栓連接緊固，中空圓柱體10的中心線與所述圓孔的中心線在同一條直線上，保證顏色信息採集裝置1與二氧化矽球體相對。光源2包括兩個LED燈，LED燈分布於鏡頭的水平兩側，顏色信息採集裝置1攝像時，LED燈的亮起，提供足夠的亮度。風扇3鑲嵌於通氣道內的一端，將被測氣體迅速的吸進通氣道內。通過四個螺栓將信號處理模塊4的四個角安裝在殼體的上面，信號處理模塊4設有電池、信號傳輸接口、充電接口、開關按鈕和設置按鈕，充電接口為電池充電，電池為整個裝置供電，顏色信息採集裝置1、LED燈和風扇3與信號處理模塊4導電連接。
如圖1和圖2所示，通過信號處理模塊4上的開關按鈕將新型氣體濃度測量裝置打開，風扇3開始轉動，被測氣體被吸進通氣道並與附著在二氧化矽球體的檢測物質反應，檢測物質發生顏色變化，通氣一分鐘時，信號處理模塊發出信號並傳向顏色信息採集裝置1和LED燈，LED亮起的同時顏色信息採集裝置1第一次拍攝檢測物質，信號處理模塊4將拍攝到的圖像數據通過信號傳輸接口傳送到配套的外部設備中，通氣兩分鐘時，信號處理模塊4發出信號並傳向顏色信息採集裝置1和LED燈，LED亮起的同時顏色信息採集裝置1第二次拍攝檢測物質，信號處理模塊4將拍攝到的圖像數據通過信號傳輸接口傳送到配套的外部設備，通氣三分鐘時，信號處理模塊4發出信號並傳向顏色信息採集裝置1和LED燈，LED亮起的同時顏色信息採集裝置1第三次拍攝檢測物質，信號處理模塊4將拍攝到的圖像數據通過信號傳輸接口傳送到配套的外部設備中。信號處理模塊4按照以上攝像規律，每隔一分種獲取一次檢測物質的圖像數據並傳輸至配套的外部設備中，按照時間依次循環下去。在外部設備中進行圖像數據處理：提取每次傳輸來的圖像數據中的R值、G值和B值，將第一次和第十一次的圖像數據中R值、G值和B值進行對比，再通過運算公式計算出被測氣體的濃度C11並顯示在外部設備的顯示器上；將第二次和第十二次的圖像數據中R值、G值和B值進行對比，再通過運算公式計算出被測氣體的濃度C12並顯示在外部設備的顯示器上；將第三次和第十三次的圖像數據中R值、G值和B值進行對比，再通過運算公式計算出被測氣體的濃度C13並顯示在外部設備的顯示器上。信號處理模塊按照以上規律至到第二十分鐘的圖像數據傳輸至外部設備，外部設備按照以上規律運算出十組被測氣體的濃度C11至C110，並將濃度的最高數值、最低數值和平均數值在外部設備的顯示器上顯示出來。
本實施例中通過信號處理模塊的設置按鈕，延長顏色信息採集裝置的拍攝時間至三十分鐘並將依次拍攝的圖像數據傳輸至外部設備，在外部設備中將第一次和第二十一次的圖像數據中R值、G值和B值進行對比，再通過運算公式依次計算出被測氣體的濃度C21至C210，並將濃度的最高數值、最低數值和平均數值在外部設備的顯示器上顯示出來。
本實施例中圖像數據中的R值、G值和B值，是RGB色彩模式工業界的一種顏色標準，通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，圖像數據中的所有顏色都由紅色、綠色和藍色這三種色光按照不同的比例混合而成的，RGB各有256級亮度，用數字表示為從0、1、2、3至到255，圖像數據的R值、G值和B值實際上是三組0到255數值的排列，改變其中一組或者多組數值就可以改變某一種顏色。檢測物質的顏色變化，實際是R值、G值和B值中的一組或者多組值的變化。
如圖3所示，運算公式為其中M、N均為常數，M＝0.1，N＝9.6；C為被測氣體濃度，單位：mg/m3；Δx為圖像數據中R值、G值和B值的變化量，只有一組值變化時，Δx＝ΔR或者Δx＝ΔG或者Δx＝ΔB，當有兩組值變化時，Δx＝ΔR+ΔB或者Δx＝ΔR+ΔG或者Δx＝ΔB+ΔG，當有三組值變化時，Δx＝ΔR+ΔG+ΔB；f(x)函數為修正函數，f(x)＝1。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的範圍當中。