空氣質(zhì)量檢測(cè)與傳感器的應(yīng)用

摘 要：隨著人類的發(fā)展，由于各種因素所引起的空氣污染已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)重。為了能夠保證人們的生活質(zhì)量，需要測(cè)試我們生活環(huán)境的空氣質(zhì)量，使我們的生活達(dá)到一個(gè)更健康的標(biāo)準(zhǔn)。傳感器已逐漸成為檢測(cè)應(yīng)用中的重要應(yīng)用技術(shù)。基于此，本文對(duì)空氣檢測(cè)系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，并對(duì)空氣質(zhì)量的傳感器進(jìn)行主要分析，并展望了傳感器在空氣質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量;檢測(cè);傳感器;應(yīng)用

一、空氣檢測(cè)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

空氣是人類生活所必需的物質(zhì)，決定了空氣環(huán)境的好壞對(duì)人類健康起著重要的作用。家居裝飾材料作為人類的主要活動(dòng)場(chǎng)所，其化學(xué)成分已成為影響人體健康的重要因素。本套檢測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)氧氣、甲醛、氨氣、苯、PM2.5、TVOC等污染物進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，準(zhǔn)確計(jì)算其濃度，計(jì)算出系統(tǒng)的空氣質(zhì)量指標(biāo)，然后通過無(wú)線輸出設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行數(shù)據(jù)分析。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超過設(shè)定的標(biāo)記值時(shí)，空氣檢測(cè)儀會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

二、空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀

環(huán)境污染在我國(guó)一直是一個(gè)不容推延的問題，而在這些眾多的環(huán)境污染中，空氣污染最為嚴(yán)重，因此對(duì)空氣質(zhì)量的檢測(cè)就顯得尤為重要。目前，我國(guó)正面臨著“煤煙污染”和“光化學(xué)煙霧污染”，而“空氣污染”是主要的環(huán)境污染。我國(guó)有關(guān)專家發(fā)現(xiàn)，空氣中含有大量的有機(jī)化合物，其中包括一些致癌物和病毒。越來(lái)越多的實(shí)際例子證明，空氣污染已經(jīng)成為人類的“隱形殺手”，空氣檢測(cè)也是世界各國(guó)必須面對(duì)的課題。據(jù)悉，華北地區(qū)一半以上的人口處于空氣污染中，這也造成了大量呼吸道疾病感染者，對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)發(fā)展造成了不良影響。當(dāng)前空氣污染中最受關(guān)注的有害氣體主要包括：二氧化碳，甲醛，一氧化碳，PM2.5。

三、空氣檢測(cè)系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)

空氣的純度和雜質(zhì)對(duì)人體健康起著至關(guān)重要的作用。為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大氣污染物的準(zhǔn)確檢測(cè)，空氣質(zhì)量檢測(cè)儀配備了甲醛傳感器、PM2.5傳感器、TVOC傳感器、溫濕度傳感器等傳感器。為保證各種污染物的成分受當(dāng)前空氣溫濕度的影響，系統(tǒng)增加了溫濕度傳感器模塊，同時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)空氣溫濕度并顯示在探測(cè)器顯示屏上。

本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)系統(tǒng)是：首先，采用平衡陣列式氣體傳感器對(duì)采集到的氣體進(jìn)行檢測(cè)和處理。我們利用運(yùn)算放大器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行放大，并利用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，然后通過信號(hào)調(diào)理電路將其傳輸?shù)組CU，通過MUC對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和處理，最后將排序后的內(nèi)容傳輸?shù)斤@示器上。此外，還采用了無(wú)線通信模塊、報(bào)警系統(tǒng)和換氣系統(tǒng)等硬件部分。

四、空氣質(zhì)量檢測(cè)的傳感器工具

當(dāng)今世界，檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是人們認(rèn)識(shí)和改造世界的重要途徑。其中，檢測(cè)技術(shù)的核心是信息資源的獲取、傳輸和處理，這也就使用了不可或缺的工具傳感器。本文將介紹三種用于空氣質(zhì)量檢測(cè)的高端傳感器，主要可適用于二氧化碳，甲醛，一氧化碳，PM2.5的檢測(cè)。

（1）金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器。金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器主要利用待測(cè)空氣的吸附作用，改變其電導(dǎo)率，然后改變其電阻。最后，通過比較當(dāng)前的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示。然而，這種抵抗有許多缺點(diǎn)。當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重要影響，使其產(chǎn)生很多誤差。但由于其操作簡(jiǎn)單、測(cè)量方便、反射靈敏等優(yōu)點(diǎn)，在日常生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）定電位電解式傳感器。雖然電解式傳感器在我國(guó)還不是特別普及，但它仍然是一種重要的空氣質(zhì)量測(cè)量方法，在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。定電位電解傳感器是由塑料外殼制成，裝有各種電極，每級(jí)之間充滿電解液，然后封裝而成。氣體在電解液中與電極反應(yīng)，改變電極的平衡，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的測(cè)量。這種測(cè)量方法對(duì)一些有毒氣體的測(cè)量具有顯著的效果。用這種方法檢測(cè)空氣質(zhì)量更有利于人體健康。

（3）催化燃燒式傳感器。催化燃燒傳感器是一種高溫氣體傳感器，主要利用催化燃燒產(chǎn)生熱效應(yīng)的原理。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成測(cè)量電橋，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，在檢測(cè)元件載氣臺(tái)和催化劑的共同作用下，可燃?xì)怏w無(wú)火焰燃燒，載氣溫度隨之升高，電橋內(nèi)鉑電阻的阻值隨之變化。平衡橋?qū)⑹テ胶?，輸出橋?qū)⑴c可燃?xì)怏w集中。度與度之比的電信號(hào)。因此，只要能測(cè)量鉑電阻，就可以知道待測(cè)氣體的濃度。因此，它主要用作氣體報(bào)警探測(cè)器。

五、控制檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用及展望

當(dāng)今社會(huì)，隨著社會(huì)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我們面臨著嚴(yán)重的空氣污染問題，空氣質(zhì)量也進(jìn)入了預(yù)警階段，越來(lái)越多的人開始關(guān)注空氣質(zhì)量，在工廠環(huán)境中的工業(yè)氣體和氣體中有毒氣體的檢測(cè)與空氣檢測(cè)系統(tǒng)是不可區(qū)分的，而空氣檢測(cè)和機(jī)器檢測(cè)是分不開的。人類五官的測(cè)量根本無(wú)法解決，因此，空氣探測(cè)傳感器是必不可少的。只有通過這種檢測(cè)系統(tǒng)，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，為人們提供更好的生活環(huán)境?？梢哉f(shuō)，空氣質(zhì)量的檢測(cè)關(guān)系到每個(gè)人的生命健康。

隨著工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，特別是煤炭和石油的大量使用，產(chǎn)生了大量的有害物質(zhì)?，F(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越重視空氣質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)，對(duì)氣體檢測(cè)儀器提出了更高的要求。目前，人們不僅對(duì)測(cè)量精度高、集成化、智能化、適用化的傳感器進(jìn)行了研究，并取得了顯著的成果，對(duì)氣體檢測(cè)傳感器的研究不再局限于單一的測(cè)控技術(shù)和儀器專業(yè)。而是在微電子科學(xué)技術(shù)、電子信息技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。研制一種能同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。能最大限度地減小軟件產(chǎn)品體積，該軟件產(chǎn)品使用方便，運(yùn)行速度快，應(yīng)用廣泛，在家庭和公共場(chǎng)所都能承擔(dān)重任，生產(chǎn)利潤(rùn)空間很大。對(duì)于當(dāng)前的空氣質(zhì)量問題和人們持續(xù)提高的空氣質(zhì)量檢測(cè)體系的健康標(biāo)準(zhǔn)，將有更深入的研究和更廣闊的市場(chǎng)空間。

結(jié)論：

當(dāng)前我國(guó)正面臨著較為嚴(yán)重的空氣質(zhì)量問題，人們不得不想出更好的解決對(duì)策，還要時(shí)時(shí)刻刻考慮如何保護(hù)我我們生活的環(huán)境，確?？諝赓|(zhì)量不會(huì)繼續(xù)惡化下去。有效的檢測(cè)空氣質(zhì)量是十分有價(jià)值的，通過空氣質(zhì)量的檢測(cè)做出相應(yīng)的預(yù)防措施，為人們創(chuàng)造一個(gè)健康舒適的環(huán)境，空氣檢測(cè)與空氣檢測(cè)系統(tǒng)是不可區(qū)分的，僅靠人類五官的測(cè)量根本無(wú)法解決，只有借助相關(guān)的傳感設(shè)備傳感器，才能準(zhǔn)確地檢測(cè)出空氣質(zhì)量。因此，傳感器是空氣質(zhì)量檢測(cè)中最強(qiáng)大、最不可缺少的檢測(cè)武器。環(huán)境保護(hù)僅靠相關(guān)管理者與檢測(cè)者并不會(huì)有太大的效果，還需每個(gè)人都能將環(huán)境保護(hù)重視起來(lái)，保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)！

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作者簡(jiǎn)介：

鄒佩峰（1999-），男，廣西玉林市人，漢，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，智能家具。

項(xiàng)目名稱：基于空氣質(zhì)量的桌面型空氣檢測(cè)時(shí)尚擺件

項(xiàng)目編號(hào)：201810595101

標(biāo)注內(nèi)容：廣西大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練XX項(xiàng)目成果（含題名、立項(xiàng)編號(hào)）