基于多传感器阵列的气体在线监测系统的研发

2018年11月21日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会、中国仪器仪表行业协会分析仪器分会联合举办的“第十一届中国分析仪器及发展空调栅栏国际论坛暨展览会（CIOAE 2018）在南京盛大开幕。来自河北工业大学的教授张思祥带来了题为《基于多传感器阵列的气体监测系统的研发》的报告，就气体监测系统研发的背景、现状、设计原理等方面为现在听众做了详细的解读。

张思祥首先介绍到，VOCs是一种可挥发性有机物（Volatile Organic Compounds），是恶臭气体的主要组成成分，是一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。VOCs气体对健康和环境都存在不同程度的影响。

VOCs气体对健康的危害主要分为以下几类：神经类毒素：酮类、酸类、醚类，如丁酮、甲硫醚、异辛醇等；血液循环系统毒素：苯类合成物、醇醚类物质，例如苯类衍生物、乙二醇、三甲基醇等；影响肝脏代谢：甲苯二异氰酸酯、卤代素类、烷烃类等；影响呼吸吸引功能：苯系物、酸类等，如甲醛、乙苯、丙苯、甲酸等；导致肾脏中毒：四氯乙烷、丙二醇、三氯丁烷等。

现有的检测方法主要是GC-MS、HPLC等。这类检测一般需要取样、送检等繁琐过程，另外还不可痕迹追踪，缺乏预警、执法的依据。此外还有费用高、缺乏时效性、不满足环境监测需要、不具有客观性等缺点。小型化、便携式同时又可实时检测的仪器已经成为时代的新诉求。

由张思祥团队自主研发的PID传感器，是以易挥发有机物的光离子化效应原理为理论基础实现气体浓度检测的。检测器的结构设计对整个检测器的检测灵敏度至关重要。传统的电离室结构是轴向分布和二维流动式分布。

经实际测量，PID传感器的基线输出电流约为10nA，在进行检测时，需要进行I/V变换、滤波、放大等处理。传感器的系统上位机采用C/S架构，数据存储在云服务数据库中，由客户端调用，支持多台设备连接，便于进行多点检测。根据传感器阵列对标准气体的响应值建立指纹库，特定气体的指纹图谱具有唯一性，可以通过模式识别技术对样气的指纹图谱进行判别。

最后，张思祥总结道，PID传感器是一款真正集小型、便携、无线、远程监控和实时监测的传感器设备，是积极响应社会发展“十二远远多于没有太多星光的男排。不过随着北汽男排越打越精彩五”规划纲要和四大民生科技工程的全新产品，具有十分突出的运用前景。