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一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，包括連接進(jìn)氣口的富集器、氣體傳感器、第一氣泵依次連接形成主氣路，通過三通閥將第一支氣路連接于富集器輸出端；通過三通閥或三通轉(zhuǎn)接頭將第二支氣路繞過富集器直接將氣體傳感器與進(jìn)氣口相連；當(dāng)富集和實時檢測同時工作時，控制開啟三通閥，氣體一部分由進(jìn)氣口通過富集器富集后，由第一支氣路排出，氣體另一部分由進(jìn)氣口通過支氣路直接通入氣體傳感器進(jìn)行檢測；當(dāng)富集后進(jìn)行檢測時，通過控制三通閥關(guān)閉第一支氣路，關(guān)閉第二支氣路，加熱富集器，對富集后的氣體通入氣體傳感器進(jìn)行檢測，檢測完成后，停止對富集器的加熱并使之降溫到初始溫度，進(jìn)而實現(xiàn)能夠快速對痕量氣體進(jìn)行響應(yīng)。
【專利說明】一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體傳感器/探測器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在對復(fù)雜環(huán)境中的痕量氣體進(jìn)行檢測時，存在著這樣一個技術(shù)難題:由于檢測的氣體濃度很低，現(xiàn)有傳感器的靈敏度難以達(dá)到所需的檢測門限，因此在傳感器的前端增加富集裝置成為解決傳感器靈敏度不足的一個有效途徑。富集器和高靈敏的氣體傳感器構(gòu)成了最基本的痕量氣體集成探測器。
[0003]對于痕量氣體檢測，往往需要長時間富集以采集足夠的氣體分子，并在隨后的解吸附過程中快速釋放這些吸附氣體，以獲得高于傳感器檢測門限的氣體濃度。顯然，待測氣體的濃度越低，需要富集的時間越長。但是，長時間富集無疑削弱了傳感器檢測氣體的實時性。特別是對于有毒、易燃易爆等高危氣體進(jìn)行檢測時，會對已經(jīng)出現(xiàn)的較高濃度致命危險氣體延遲響應(yīng)(報警)，導(dǎo)致集成探測器失去重要的實時響應(yīng)特性。簡言之，現(xiàn)有的技術(shù)存在著這樣一個矛盾:低濃度的氣體檢測需要在傳感器的前端集成富集器，但集成富集器后又會極大地延長傳感器對于高濃度氣體的響應(yīng)時間。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在氣體集成探測器響應(yīng)速度慢的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例通過提供一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在氣體集成探測器響應(yīng)速度慢的技術(shù)問題，進(jìn)而實現(xiàn)了能夠快速對痕量氣體進(jìn)行響應(yīng)的技術(shù)效果。
[0006]本發(fā)明實施例提供了一種包括連接于進(jìn)氣口的富集器、氣體傳感器、第一氣泵依次連接形成主氣路，還包括:
通過三通閥將第一支氣路連接于富集器輸出端；
通過三通閥或三通轉(zhuǎn)接頭將第二支氣路繞過富集器直接將氣體傳感器與進(jìn)氣口相連；
其中，當(dāng)富集和實施檢測同時工作時，控制開啟三通閥，氣體一部分由進(jìn)氣口通過富集器富集后，尾氣由第一支氣路排出，氣體另一部分由進(jìn)氣口通過第二氣路直接通入氣體傳感器進(jìn)行檢測；
當(dāng)富集后進(jìn)行檢測時，通過控制三通閥關(guān)閉第一支氣路，關(guān)閉第二支氣路，加熱富集器，對富集后的氣體通入氣體傳感器進(jìn)行檢測；
當(dāng)檢測完成后，停止對富集器的加熱并使之降溫到初始溫度。
[0007]進(jìn)一步地，在進(jìn)氣口處通過三通轉(zhuǎn)接頭分別連接富集器進(jìn)氣口和第二支氣路進(jìn)氣□。
[0008]進(jìn)一步地，在第一支氣路輸出端連接第二氣泵。
[0009]進(jìn)一步地，將第一支氣路輸出端通過三通轉(zhuǎn)接頭連接至氣體檢測器輸出端。
進(jìn)一步地，所述氣體傳感器具體為一個傳感器單元器件或一個傳感器陣列。
[0010]進(jìn)一步地，所述富集器具體為管式富集器或采用MEMS技術(shù)制作的微型富集器。
[0011]進(jìn)一步地，在第二支氣路上設(shè)置有截止閥，控制第二支氣路的開和閉。
[0012]本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點: 由于采用了加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，包括連接于進(jìn)氣口的富集器、
氣體傳感器、第一氣泵依次連接形成主氣路，還包括:通過三通閥將第一支氣路連接于富集器輸出端；通過三通閥將第二支氣路繞過富集器直接將氣體傳感器與進(jìn)氣口相連；當(dāng)富集和實時檢測同時工作時，控制開啟三通閥，氣體一部分由進(jìn)氣口通過富集器富集后，尾氣由第一支氣路排出，氣體另一部分由進(jìn)氣口通過支氣路直接通入氣體傳感器進(jìn)行檢測；當(dāng)富集后進(jìn)行檢測時，通過控制三通閥關(guān)閉，加熱富集器，對富集后的氣體進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測完成后，停止對富集器的加熱并使之降溫到初始溫度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在氣體集成探測器響應(yīng)速度慢的技術(shù)問題，進(jìn)而實現(xiàn)了能夠快速對痕量氣體進(jìn)行響應(yīng)的技術(shù)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例中由雙泵、雙三通閥所構(gòu)成氣路的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例中由雙泵、單三通閥所構(gòu)成氣路的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例中由單泵、單三通閥所構(gòu)成氣路的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明實施例通過提供一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在氣體集成探測器響應(yīng)速度慢的技術(shù)問題，進(jìn)而實現(xiàn)了能夠快速對痕量氣體進(jìn)行響應(yīng)的技術(shù)效果。
[0015]下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明集成氣體傳感器系統(tǒng)的氣路以及工作步驟作進(jìn)一步的描述:
如圖1所示，實施例一，基于雙泵、雙三通閥的氣體探測器氣路。
[0016]該加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置中，采用2個氣泵、2個三通閥、I個三通轉(zhuǎn)接頭將富集器和傳感器連接起來，用于有毒氣體模擬劑DMMP的檢測。富集器為MEMS富集器，氣體傳感器為4單元的聲表面波(SAW)傳感器陣列。
[0017]其中，三通轉(zhuǎn)接頭、富集器、三通閥1、三通閥2、SAW傳感器陣列、第一氣泵I依次串聯(lián)，形成主氣路；在三通閥I處分出第一支氣路I與第二氣泵2相連，形成富集專用氣路；進(jìn)氣口處的三通接口分出第二支氣路2與后端三通閥2相連，繞過了富集器，形成實時氣體檢測通路。
[0018]初始狀態(tài)時，所有的部件都處于關(guān)閉狀態(tài)。開始工作后，該集成探測器的工作步驟如下:
a)三通閥I接通第一支氣路I，打開第二氣泵2，將含有DMMP的混合氣體泵入富集器進(jìn)行富集，同時三通閥2接通第二支氣路2和氣體傳感器，打開第一氣泵1，將含有DMMP的混合氣體泵入氣體傳感器進(jìn)行檢測。在該階段，氣體傳感器可探測到0.08mg/m3以上濃度的DMMP，對于lmg/m3的DMMP，響應(yīng)時間約為20s。
[0019]b)富集2分鐘后關(guān)閉氣泵2，對MEMS富集器加熱3秒鐘，快速升溫至約200°C。加熱完成的同時兩個三通閥導(dǎo)通主氣路，第一氣泵I將富集器解吸附的高濃度混合氣體泵入傳感器進(jìn)行檢測。在該階段，氣體傳感器可檢測出0.007mg/m3的DMMP。從開始采樣到氣體傳感器給出信號的時間約為3-4分鐘。
[0020]c)檢測結(jié)束后，恢復(fù)到a步驟，進(jìn)行a到b的循環(huán)。
[0021]該氣路采用了 2個氣泵。其中第二氣泵2采用抽速為600Sccm的大氣泵，第二氣泵I采用抽速為200sCCm的小氣泵，并采用內(nèi)徑1_的粗管連接進(jìn)氣口、富集器和氣泵2，而其余部分的連接采用內(nèi)徑0.5mm的細(xì)管。這樣還能同時兼顧富集器和氣體傳感器對氣體流量的不同需求。
[0022]DMMP是沙林等G系神經(jīng)毒劑的模擬劑，上述結(jié)果表明，該集成傳感器不僅能在4分鐘內(nèi)檢測出低至0.0 lmg/m3的毒氣，而且當(dāng)lmg/m3以上濃度的毒氣出現(xiàn)時，可以在30s內(nèi)立刻報警。
[0023]如圖2所示，實施例二一基于雙泵、單三通閥的氣體探測器氣路
與實施例一相比，該加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置的區(qū)別在于將實施例一中的三通閥2替換成了三通轉(zhuǎn)接頭，并在第二支氣路2的中間增加了一個截止閥。通過截止閥的開閉實現(xiàn)對第二支氣路2的通斷功能，其余的氣路結(jié)構(gòu)及工作流程與同實施例一相同。
[0024]如圖3所示，實施例三一基于單泵、單三通閥的氣體探測器氣路
該加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置中，采用了管式富集器和FPD檢測器替代實施例一、二中的MEMS富集器和SAW傳感器陣列，用于檢測甲硫醚等硫系惡臭氣體。與實施例二相比，該集成氣體探測器的區(qū)別在于去掉了第一氣泵2，而用一段氣管繞過氣體傳感器與后端的第二氣泵I相連。
[0025]初始狀態(tài)時，所有的部件都處于關(guān)閉狀態(tài)。開始工作后，該集成探測器的工作步驟如下:
a)打開第一氣泵1，并始終保持工作狀態(tài)。三通閥接通第一支氣路1，將有機(jī)硫待測氣體泵入管式富集器進(jìn)行富集，同時打開截至閥，將待測氣體泵入FPD檢測器進(jìn)行檢測。
[0026]b)富集5-10分鐘后，三通閥接通氣體傳感器，同時關(guān)閉截至閥，并加熱管式富集器約8秒鐘，快速升溫至約180°C，解吸附的高濃度氣體進(jìn)入氣體傳感器進(jìn)行檢測。
[0027]c)檢測結(jié)束后，恢復(fù)到a步驟，進(jìn)行a到b的循環(huán)。
[0028]通過上述三種實施例，從而能夠快速對痕量氣體進(jìn)行快速響應(yīng)的技術(shù)效果。
[0029]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0030]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，包括連接于進(jìn)氣口的富集器、氣體傳感器、第一氣泵依次連接形成主氣路，其特征在于，還包括: 通過三通閥將第一支氣路連接于富集器輸出端； 通過三通閥或三通轉(zhuǎn)接頭將第二支氣路繞過富集器直接將氣體傳感器與進(jìn)氣口相連； 當(dāng)富集和實時檢測同時工作時，控制開啟三通閥，氣體一部分由進(jìn)氣口通過富集器富集后，尾氣由第一支氣路排出，氣體另一部分由進(jìn)氣口通過第二支氣路直接通入氣體傳感器進(jìn)行檢測； 當(dāng)富集后進(jìn)行檢測時，通過控制三通閥關(guān)閉第一支氣路，關(guān)閉第二支氣路，加熱富集器，對富集后的氣體通入氣體傳感器進(jìn)行檢測； 當(dāng)檢測完成后，停止對富集器的加熱并使之降溫到初始溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，在進(jìn)氣口處通過三通轉(zhuǎn)接頭分別連接富集器進(jìn)氣口和第二支氣路進(jìn)氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，在第一支氣路輸出端連接第二氣泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，將第一支氣路輸出端通過三通轉(zhuǎn)接頭連接至氣體檢測器輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)項所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，所述氣體傳感器具體為一個傳感器單元器件或一個傳感器陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)項所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，所述富集器具體為管式富集器或采用MEMS技術(shù)制作的微型富集器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快痕量氣體集成探測器響應(yīng)的氣路裝置，其特征在于，在第二支氣路上設(shè)置有截止閥，控制第二支氣路的開和閉。
【文檔編號】G01N29/02GK104181228SQ201410476582
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】吳朋林, 郭攀, 趙瑾珠, 杜曉松, 謝光忠 申請人:電子科技大學(xué)