[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

说明书

本发明涉及一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置及方法，所述装置由集成MEMS芯片、测试腔体、液晶操作屏、功能控制模块、ARM板卡、锂电池、气泵、充电插口、SD卡插槽、电源开关和外壳于一体机：MEMS芯片集成了多通道采集和自加热，为敏感材料提供检测基底和信号采集端口；测试腔体用于固定MEMS芯片并为其提供包括温度、气氛和光照可控及湿度可监测的测试环境；功能控制模块连接ARM板卡，用于为红外测温仪、湿度传感器、紫外灯和气泵提供指令；液晶操作屏连接ARM板卡，用于人机交互，提供温度、光强、时间、气体流速参数的设置，显示通道实时阻值图像、特征值结果。该方法能够通过模块化方式协同完成对敏感材料的快速筛选，还可用于气氛的定性检测识别。

技术领域

本发明属于气氛检测识别和材料筛选领域，特别是涉及一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置及方法。

背景技术

气氛的高灵敏检测识别在大气环境、水体环境、生物医学、食品安全及国家安全等领域均存在迫切需求。基于无机半导体的气氛传感器因具有易于制造、操作简单、成本低和易小型化的优点受到广泛应用。然而，单一传感器的选择性有限，不能实现复杂环境下气氛的检测识别。受自然界生物嗅觉系统在气体检测方面超高灵敏度和优异识别性的启发，构建人工嗅觉系统实现对气氛的高灵敏检测识别已成为研究热点。然而，传统单通道检测存在效率低的问题，且检测结果易受环境温度、湿度、光照等外场条件及痕量气氛浓度差异的系统误差影响，并且，大量数据的分析处理也需要花费大量时间精力。虽然，华中科技大学一种基于光热激发的气敏材料高通量筛选平台(CN 102841077 A)提供了一种光热条件可控的气敏材料高通量筛选平台，其目的在于高通量表征材料性能和减小测试误差，存在1)不具备一体化操作和响应特征值智能分析的功能，后续数据处理繁琐；2)加热片和材料芯片是独立分开的，加热片透过中基板加热材料芯片，功耗较大；3)数据需要在线采集，不能进行远程控制和气氛监测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置及方法，该装置由集成MEMS芯片、测试腔体、液晶操作屏、功能控制模块、ARM板卡、锂电池、气泵、充电插口、SD卡插槽、电源开关和外壳于一体机：MEMS芯片集成了多通道采集和自加热，为敏感材料提供检测基底和信号采集端口；测试腔体用于固定MEMS芯片并为其提供包括温度、气氛和光照可控及湿度可监测的测试环境；功能控制模块连接ARM板卡，用于为红外测温仪、湿度传感器、紫外灯和气泵提供指令；液晶操作屏连接ARM板卡，用于人机交互，提供温度、光强、时间、气体流速参数的设置，显示通道实时阻值图像、特征值结果。该方法能够通过模块化方式协同完成对敏感材料的快速筛选，还可用于气氛的定性检测识别。

本发明所述的一种基于MEMS芯片的气敏材料快速筛选装置，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；