一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法技术

本发明专利技术是一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法。该石英晶体谐振器具有一开孔，使谐振的金属电极得以暴露在空气中，且所述金属电极上面覆盖有检验涂层，检验涂层通常由能够与苯进行化学反应的物质构成，当这层物质和苯类气体接触后，这层物质会和苯产生化学反应，形成新的分子结构或物质，从而改变了原来涂层的重量，该石英晶体谐振器设置于采集室中，采集室至少具有一个缺口，以与外部环境连通，该用于苯类气体检测的石英晶片、检测仪及检测方法能够有效地结合压电石英晶片的特殊频率-厚度特性，对于苯类气体的检测灵敏度高，检测结果准确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法
本专利技术涉及苯类气体检测设备及检测方法，更具体一点，本专利技术涉及一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法。
技术介绍
苯类气体具有较强的毒性，长期吸入或者短期超量吸入都会对人体的健康带来伤害。如果在苯类气体低浓度的情况下能够及时检测到工作和生活环境中的苯类气体的存在，对于改善人类的工作和生活环境具有极大的益处。专利申请200520121905.0提供了一种测定空气中污染物的快速气体检测仪。其是由检测仪由发光器、滤光片、光电检测器和显示器构成。其中发光器是该检测仪的核心器件，它是由具有气体进口和出口的石英管和封闭于其中的局部表面烧结了多孔催化剂的陶瓷加热棒组成；催化剂的表面温度由温度控制器调节；催化剂烧结后有微孔，成膜厚度在1～1.5mm之间。该气体检测仪实现对空气中甲醛、苯系物、氨、醇和酮等污染物的现场测定。专利申请200920154249.2则提供了另一种气体监测装置，特别是一种测定空气中苯系物含量的苯系物气体检测管。其特征是：检测管由带有刻度线的透明玻璃管作为盛载器，内部填装显色混合物，两端用过滤层堵塞，并用橡胶封头密封。所述的显色混合物是由苯系物、催化剂和载体组成。这种检测管价格低廉，便于携带，使用方便，可用于空气中苯系物的监测。然而上述的两个涉及苯类气体的检测设备，均需要催化剂才能使用，制作成本高昂，且往往需要一定浓度的苯类气体，才能达到检测的效果，对空气中苯类气体的检测灵敏度不高，难以形成有效地苯类气体检测方法。
技术实现思路
经研究发现，压电石英晶体是由全球储存量极多的二氧化硅（SiO2）组成。如此多的原料储存量使得人造压电石英晶体成为压电行业的主要物料并且成本低。而压电石英晶片在厚度切变谐振模式的情况下，由于其特殊的频率和厚度成线性反比这一特性以及低成本等特点，成为制造一种苯类气体检测仪的一个极佳的关键部分。基于此，本专利技术提出了一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法。该用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法能够有效地结合压电石英晶片的特殊频率-厚度特性，对于苯类气体的检测灵敏度高，检测结果准确。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法，该用于苯类气体检测的石英晶体谐振器、检测仪及检测方法能够大批量制造出成本低的苯类气体检测仪，实现容易。为实现上述目地，本专利技术是这样实现的:一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器，其特征在于该石英晶体谐振器具有一开孔，使谐振的金属电极得以暴露在空气中，且所述金属电极上面覆盖有检验涂层（通常该类材料先要精心研磨，涂上去后要充分晾干），检验涂层通常由能够与苯进行化学反应的物质构成，当这层物质和苯类气体接触后，这层物质会和苯产生化学反应，形成新的分子结构或物质，从而改变了原来涂层的重量（有些物质会使涂层变轻，有些物质会使涂层变重，如γ-Fe2O3会变重，在吸附了被测气体时，γ-Fe2O3变成为Fe3O4），从而改变了压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度（在变轻的情况下，有效厚度变薄；在变重的情况下，有效厚度变厚），进而改变了晶片的谐振频率，在频率改变的情况下实现报警。AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的频率和晶片的有效厚度成反比，有以下公式：F=1.67/t（公式一）t代表厚度，单位mm，F代表谐振频率，单位MHz，此谐振频率通常在1MHz~200MHz之间。从而可以根据石英晶片的有效厚度变化得到空气中是否具有苯类气体的检测结果。石英晶体谐振器采用AT切压电石英晶片。在本专利技术中，AT切压电石英晶片的初始频率可根据设计要求而定，通常可以是10Mhz。可将该AT切压电石英晶片制作成一般的石英晶体谐振器，不同的是要在该谐振器的外盖上具一开孔，以便采集室内的气体可和该谐振器内的AT切压电石英晶片有接触。在AT切压电石英晶片金属电极上涂的对苯类气体敏感的检验涂层，该检验涂层可以是γ-Fe2O3，也可以是其它对苯类气体敏感的涂层。涂层的形状、尺寸、厚度和位置可根据设计要求而定。一种用于苯类气体检测的检测仪，该检测仪主要包括采集室、石英晶体谐振器、频率-信号转换器，所述石英晶体谐振器外表面具有一开口，使石英晶体谐振器内部的金属电极能够暴露于空气中，且在石英晶体谐振器的金属电极上具有一检测涂层，所述检验涂层为对能够与苯类气体发生化学反应的涂层；石英晶体谐振器设置于采集室中，石英晶体谐振器的频率输出端和频率-信号转换器连接，频率-信号转换器将检测结果对外输出；所述采集室至少具有一个缺口，以能够使空气进入到采集室中。所述检测仪，其频率-信号转换器还连接报警器，检测到苯类气体后进行报警。本专利技术中的采集室是一个五面封闭而一个面有开孔或缺口的腔体，这样设计的目的是为了减少采集室内的空气流动但又可以在比较静态的状态下透过有开孔或缺口采集到周围环境中的气体；同时，该采集室也可以保证石英晶体谐振器在工作时不受外界的干扰。更进一步，在开孔或缺口的上面设置有尘埃过滤器，以便减少尘埃的影响。制造气体采集室的材料可以是金属，也可以是非金属。气体采集室的形状可以是长方体、正方体、圆柱体或任何其它形状的腔体，其形状和尺寸可由设计要求而定。采集室通过开孔的面和环境接触。外盖开孔的石英晶体谐振器通常位于气体采集室的底部，也可以位于其它适当的位置。当频率-信号转换器接收到频率后，会和开始采集气体之前的初始频率进行比较，计算出差值。为了保证检测的准确性，当开始采集气体后所接收到的频率和初始频率的差值超出一定阀值后，频率-信号转换器会发出一个驱动信号，驱动报警器报警。所述的阀值通常是根据石英晶体谐振器的误差范围进行设定，也可根据设计要求而定。该频率-信号转换器的输入端和石英晶片制作的外盖开孔的石英晶体谐振器的频率输出端连接，而其输出端和报警器的输入端连接。报警器在接收到频率-信号转换器发出的驱动信号后，发出报警。报警器可以是声音报警器，也可以是闪光报警器，也可以是其它报警器。具体来讲，本专利技术的主要检测流程如下：A．气体取样：将气体采集室放在被检测的环境中；如果被检测的环境中含有苯类气体，这类气体将随环境中的空气进入该气体采集室。B.检测苯类气体：检测涂层和苯类气体发生化学反应；当采集室内苯类气体的分子和位于采集室底部的外盖开孔的石英晶体谐振器内的检测涂层接触后，苯类气体分子会和苯类气体敏感的检测涂层（如：γ-Fe2O3）发生化学反应，形成新的分子结构，从而改变了原来涂料的重量（如γ-Fe2O3会变重），从而改变了AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度（在变轻的情况下，有效厚度变薄；在变重的情况下，有效厚度变厚），进而改变了晶片的谐振频率，识别出苯类气体的存在。C.频率-信号转换：频率-信号转换器接收石英晶体谐振器的输出频率，并计算差值；当频率-信号转换器接收到来自于上述石英晶体谐振器的输出频率后，会和开始采集气体之前石英晶体谐振器的初始频率进行比较，计算出差值。D.报警：当该差值超出一定阀值后，频率-信号转换器会输出一个驱动信号，报警器在接收到来自于频率-信号转换器输出的驱动信号后，发出报警。综合而言，本专利技术通过AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于苯类气体检测的石英晶体谐振器，其特征在于该石英晶体谐振器采用AT切压电石英晶片制成，在该石英晶体谐振器的外盖上具有一开孔，使谐振的金属电极得以暴露在空气中，且所述金属电极上面覆盖有检验涂层；AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式的情况下，当苯类气体与检验涂层接触发生化学反应之后会改变原来的检验涂层重量，从而改变AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度，进而使AT切压电石英晶片的谐振频率发生改变。2.一种用于苯类气体检测的检测仪，其特征在于该检测仪主要包括采集室、采用AT切压电石英晶片制成的石英晶体谐振器、频率-信号转换器和报警器，所述石英晶体谐振器的外盖上具有一开口，使石英晶体谐振器的金属电机得以暴露在空气中，且在石英晶体谐振器的金属电极上具有一检验涂层，所述检验涂层为对能够与苯类气体发生化学反应的涂层；石英晶体谐振器设置于采集室中；所述采集室至少具有一个缺口，当气体采集室放在被检测的环境中，检测的环境中的空气通过缺口进入该气体采集室内，并通过开口与涂层接触反应，使石英晶体谐振器的谐振频率发生改变，频率-信号转换器的输入端和石英晶体谐振器的频率输出端连接，当频率-信号转换器接收石英晶体谐振器的输出频率后，会和开始采集之前石英晶体谐振器的初始频率进行比较，自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘青健，熊春霞，刘霞，彭芳，雷发振，
申请(专利权)人：应达利电子深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：