[发明专利]一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置及方法

权利要求书

1.一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置，其特征在于该装置由集成MEMS芯片（1）、测试腔体（2）、液晶操作屏（3）、功能控制模块（4）、ARM板卡（5）、锂电池（6）、气泵（7）、充电插口（8）、SD卡插槽（9）、电源开关（10）和外壳（11）于一体机，进行多个电信号的采集和智能分析；其中测试腔体（2）是由上端盖（21）、腔身（22）、下端盖（23）、进气孔（24）、出气孔（25）、19根弹性探针（26）、红外测温仪（27）、湿度传感器（28）、LED紫外灯（29）、紧固压片（210）和环形气道（211）组成；功能控制模块（4）是由温度控制模块（41）、紫外光湿度模块（42）、气泵控制模块（43）、数据采集模块（44）、触屏显示模块（45）、电源控制模块（46）、WIFI模块（47）和SWD模块（48）组成；ARM板卡（5）的一侧设有充电插口（8）、SD卡插槽（9）和电源开关（10）；

所述MEMS芯片（1）固定在测试腔体（2）内的凹槽处，通过旋转四个紧固压片（210）的螺栓固定MEMS芯片（1）与弹性探针（26）接触，MEMS芯片（1）设有16通道叉指电极和背面加热铝丝，封装在带金属孔焊盘的PCB板内；

所述测试腔体（2）固定在外壳（11）上，测试腔体（2）设计为翻盖式，上端盖（21）和腔身（22）之间分别通过合页连接和螺栓固定，下端盖（23）与腔身（22）之间通过螺栓固定，上端盖（21）、腔身（22）与下端盖（23）连接处均设有密封圈；测试腔体（2）中的上端盖（21）集成红外测温仪（27）、湿度传感器（28）、LED紫外灯（29）、温度控制模块（41）和紫外光湿度模块（42）；腔身（22）设有进气孔（24）和出气孔（25），进气孔（24）和出气孔（25）内部与环形气道（211）连接；下端盖（23）分别设有19根弹性探针（26）、紧固压片（210）和数据采集模块（44），弹性探针（26）的上端通过紧固压片（210）与MEMS芯片（1）连接，弹性探针（26）的下端通过数据采集模块（44）和温度控制模块（41）连接至ARM板卡（5）；

所述ARM板卡（5）安装在壳体内部，分别连接温度控制模块（41）、紫外光湿度模块（42）、气泵控制模块（43）、数据采集模块（44）和触屏显示模块（45），ARM板卡（5）上还分别设有电源控制模块（46）、WIFI模块（47）和SWD模块（48）；功能控制模块（4）通过ARM板卡（5）与液晶操作屏（3）连接，用于在液晶操作屏（3）上各参数人机交互功能的实现；

所述锂电池（6）分别连接电源控制模块（46）和充电插口（8）；气泵（7）两端连接测试腔体（2）中的出气孔（25）和壳体排气孔，气泵（7）通过气泵控制模块（43）与ARM板卡（5）连接，用于气体流速控制的实现；

所述液晶操作屏（3）和测试腔体（2）固定在外壳（11）上，充电插口（8）、SD卡插槽（9）、电源开关（10）设在ARM板卡（5）上并凸出显示于外壳（11），ARM板卡（5）、锂电池（6）和气泵（7）设在仪器内部；液晶操作屏（3）、SD卡插槽（9）、电源开关（10）、气泵（7）和锂电池（6）均与ARM板卡（5）连接，充电插口（8）与锂电池（6）连接。

2.一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选方法，其特征在于，该方法具体操作按下列步骤进行：

a、采用丝网印刷或微滴注的方法在MEMS芯片（1）上根据需求涂覆不同种类和数量的敏感材料，MEMS芯片（1）集成了16通道电信号采集端口和自加热，为敏感材料提供检测基底和信号采集端口，敏感材料的种类和数量根据应用要求的不同进行更换；

b、按照缺角对应的方向将负载敏感材料的MEMS芯片（1）安装至测试腔体（2）的凹槽处，与PCB板的焊盘针孔一一对应连接的弹性探针（26）通过数据采集模块（44）与ARM板卡（5）连接，同时旋转四个紧固压片（210）的螺栓固定MEMS芯片（1）与弹性探针（26）的稳定接触；功能控制模块（4）通过ARM板卡（5）在液晶操作屏（3）上进行人机交互设置测试参数，采用手动或自动在界面中设置包括加热温度、进气速率、光照强度、紫外灯开启模式、气泵开启与暂停的时间、采集数据的时间间隔参数，以STM32主控制器驱动直流电机，通过对线性锂电池（6）输出电压的精准控制实现测试腔体（2）内温度、紫外光照强度和开关时间的调控，湿度监测，以及气泵流速和MEMS芯片（1）数据采集间隔时间的控制；可根据各通道的响应随时调整优化参数设置，并且在液晶操作屏（3）的主界面点击WIFI标志，能够在10 m距离内将仪器端与PC端连接，实现PC端控制仪器，进行参数设置、数据采集查看和数据同步传输到PC端；

c、根据敏感材料在特定的温度、光照和湿度环境中气氛浓度和种类引起电阻改变的原理，连接MEMS芯片（1）的液晶操作屏（3）显示MEMS芯片（1）集成的16通道的实时阻抗曲线；点击液晶显示屏（3）主界面的通道选择，在单通道或多通道显示界面点击曲线颜色框，在弹出的虚拟键盘输入1-16中的欲查看的对应通道号，点击电阻曲线或响应曲线，实时查看16通道电阻曲线或响应曲线，能够比对多个通道的曲线直观得出响应性能优异的材料；

d、点击液晶显示屏（3）主界面的数值显示，在弹出的虚拟键盘中输入欲查看的对应通道号，经内嵌算法提取分析数据，特定通道的特征值数据包括采集时间段、响应大小即不同气氛中的电阻比值，响应时间和回复时间以及平均响应大小，平均响应时间，平均回复时间显示于界面中，根据各个通道的特征值数据能够快速对比确认材料的响应性能。