[發明專利]一種基于石英晶體微天平的博物館微環境監測裝置

在審

• 申請號: 201310088787.7
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103196769A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 周浩;吳來明;王慧鋒;蔡蘭坤;顏秉勇;閆瑩
• 申請（專利權）人: 上海博物館;華東理工大學
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00;G01N5/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及微環境監測技術領域，特別是涉及一種基于石英晶體微天平的博物館微環境監測裝置。

背景技術

當前，對多組分揮發性有機物的定量分析常采用氣相色譜和氣相——質譜聯用方法、電化學探測法和紅外吸收光譜法。電化學方法需要對待測氣體進行采樣，不適用于現場監測；氣相色譜和氣相——質譜聯用法需要專門的進樣裝置，其過程復雜、時間較長，無法滿足實時自動化連續監測的需要。近年來，近紅外光譜分析技術與化學計量學方法相結合提高了定量分析的靈敏度、準確性和可靠性，適用于現場快速檢測和實時在線分析。而針對博物館微環境的監測，還沒有十分有針對性的在線監測設備。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于石英晶體微天平的博物館微環境監測裝置，可對博物館的微環境進行現場快速檢測和實時在線分析。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于石英晶體微天平的博物館微環境監測裝置，包括氣體檢測模塊、MCU主電路、通信電路，所述氣體檢測模塊包括基準頻率源、傳感器和振蕩電路，所述傳感器的石英晶體的電極上修飾聚苯胺涂層，用于檢測氣體污染物；所述振蕩電路驅動所述石英晶體進行串聯諧振，輸出頻率為諧振頻率的電壓波形信號，并將該電壓波形信號輸入被測頻率計數電路；所述基準頻率源輸出的電壓波形信號輸入至所述基準頻率計數電路；所述MCU主電路分別與基準頻率計數電路和被測頻率計數電路相連，用于檢測基準頻率和被測石英晶體的頻率，通過分析得出最佳匹配頻率值；所述通信電路與所述MCU主電路相連，用于傳輸MCU主電路分析得出的最佳匹配頻率值。

所述MCU主電路還與溫濕度檢測模塊相連，所述溫濕度檢測模塊用于檢測待測環境的溫度和濕度；所述MCU主電路根據當前環境的溫度值算出溫度補償值。

所述振蕩電路驅動所述石英晶體進行串聯諧振發出的電壓波形信號通過反相器，再通過D-S觸發器組成的開關控制電路進行晶振的計數控制。

所述MCU主電路采用基于ARM9CortexM4內核的STM32F407高速DSP處理器。

所述通信電路通過基于GSM和GPRS方式芯片實現。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明利用石英晶體微天平方法的靈敏度高和檢測極限低的特點，開發高選擇性、高靈敏度、高穩定性的有機氣體傳感器。該類傳感器可以實施在線監測，同時可以方便地實現網絡化應用。其中，聚苯胺修飾的石英晶體傳感器對有機酸類、醛類分子具有較好的吸附作用，通過測量傳感器表面質量的變化，連續在線監測環境中痕量氣態分子復合污染物濃度的變化，建立適用于文物保存微環境監測和凈化效果評定的測試裝置，并采用無線技術，實現網絡化應用。

附圖說明

圖1是本發明的原理方框圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

本發明的實施方式涉及一種基于石英晶體微天平的博物館微環境監測裝置，如圖1所示，包括氣體檢測模塊、MCU主電路、通信電路，所述氣體檢測模塊包括基準頻率源、傳感器和振蕩電路，所述傳感器的石英晶體的電極上修飾聚苯胺涂層，用于檢測氣體污染物；所述振蕩電路驅動所述石英晶體進行串聯諧振，輸出頻率為諧振頻率的電壓波形信號，并將該電壓波形信號輸入被測頻率計數電路；所述基準頻率源輸出的電壓波形信號輸入至所述基準頻率計數電路；所述MCU主電路分別與基準頻率計數電路和被測頻率計數電路相連，用于檢測基準頻率和被測石英晶體的頻率，通過分析得出最佳匹配頻率值；所述通信電路與所述MCU主電路相連，用于傳輸MCU主電路分析得出的最佳匹配頻率值。所述MCU主電路還與溫濕度檢測模塊相連，所述溫濕度檢測模塊用于檢測待測環境的溫度和濕度；所述MCU主電路根據當前環境的溫度值算出溫度補償值，并根據溫度補償值得出被測石英晶體的頻率。

本發明由電源模塊提供穩定的工作電壓。這里采用開關電源的方式，考慮到電源電壓的波動對晶振采集的精度帶來的影響，這里設計的開關電源采用款范圍設計思路，輸入的電壓可以從60VAC到500VAC之間的任何值，輸出提供穩定的5.11V電壓。這樣設計的好處是大大減小了系統測量晶振頻率的精度對于電源穩定的依賴性，大大增強了系統的抗干擾能力。