一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置

技术领域

本发明涉及一种气体检测装置，尤其涉及一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置。

背景技术

随着工业化的快速发展，产生了大量的二氧化碳(CO

现有可穿戴气体检测装置不能兼具小动物穿戴式和穿戴式设备通过采集脑电来检测气体两种特性。

中国专利CN 214587226 U公布了一种可穿戴智能有毒有害气体检测报警仪，可以对生产区域内周围危险环境下的有毒有害气体浓度动态智能预警报警，当发生突发危险事件时，可人为按键发出紧急报警信号提醒人们，还可以进行实时定位。但是其增加了人类在有毒有害环境下活动的危险性。专利CN 214283658 U公布了一种可穿戴电子的柔性自驱气体传感器，该柔性自驱气体传感器通过气体传感器能够对空气中的有害气体进行检测，并在显示屏上进行显示，通过蜂鸣器的设置，使得蜂鸣器可以对佩戴者起到警示作用，而且该装置佩戴方便且舒适。但是其腰带式设计在有毒有害的气体环境下会与穿戴防护衣物冲突，并且同样增加了人类在有毒有害环境下活动的危险性。

中国专利CN 101766485 B公布了一种无线移动小动物脑电实时采集装置，可在小动物活动状态下对其进行实时的脑电采集，适合长期不间断的脑电监测，但是装置功能单一，只在实验室环境下具有应用价值。专利CN 1865996 B公开了一种基于动物嗅觉的毒品检测装置，利用大鼠特定嗅觉刺激记忆，识别大脑皮层特征放电模式信号，从而检测识别可疑毒品，但只适合有嗅毒品的识别。

不同的应用场景、不同的使用目的、不同的训练方式使得动物可穿戴设备的功能各不相同。目前市面上还没有出现在复杂的气体环境下，包括有嗅和无嗅气味下，使用廉价易训的动物穿戴生物化学传感联合气体检测装置进行不同气体检测的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术中的局限，本发明提出一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置，其主要特征在于，可以实现有嗅和无嗅气味的双重识别，具有可穿戴佩戴、轻巧便携等显著优点。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案为：

一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置，其特征在于包括采集前端电路模块以及上位机，其中所述采集前端模块包括脑电采集模块、气体采集模块、MCU模块以及蓝牙模块，通过魔术贴固定在动物背部；所述脑电采集模块包括电极和电荷感知前端，用于隔着动物皮层非创伤检测动物脑电信号；所述气体采集模块包括定电位电解式气体传感器，用于采集特定的气体信号，采集的脑电信号和气体信号经过MCU模块进行模数转换后，通过蓝牙模块发送到上位机；所述上位机用于接收并处理采集前端模块传输来的数据，实时显示脑电和气体信号波形。

进一步地，所述采集前端模块中的脑电采集模块的电极使用非侵入弹簧探针电极，该电极通过4根弹簧探针与受试动物头皮对应脑区接触，用以采集两通道的特定气体诱导训练后动物产生的脑电信号。

进一步地，所述采集前端模块中的脑电采集模块的电荷感知前端，输入阻抗为数百GΩ量级，输入电容为pF量级，在0.1-100Hz带宽内的等效输入噪声小于1μV。

进一步地，所述采集前端模块中的气体采集模块采用定电位电解式气体传感器进行气体监测，通过跨阻放大器以及电平抬升电路后接入MCU模块。

进一步地，所述采集前端模块中的气体采集模块采集到的气体信号与气体浓度呈线性关系，可以用来表征环境中的气体浓度。

本发明的显著特征在于提出了一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置，不同于传统的动物可穿戴设备，本发明能够应用在复杂气体环境下，使用廉价易训的大鼠穿戴脑电-二氧化氮联合采集装置进行不同气体检测的应用。

附图说明

图1为本发明动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置图。

图2为本发明采集前端电路模块框图。

具体实施方式

为使本发明所提技术方案更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述和介绍，但以下实施例只是描述性的，不是限制性的。

大鼠作为实验动物，具有出色的嗅觉灵敏性以及在科学研究领域的独特应用。其嗅觉系统可以追踪和识别各种气味，使其成为研究特定气体的理想选择。通过特定的训练，可以使大鼠对特定气体产生特异性脑电刺激。这就使得大鼠能够在复杂气体环境下对特定气体产生大脑皮层的刺激性放电。为灾后搜救、废弃工厂等人类无法深入的高危场所进行气体检测提供了有力的理论支撑。

一种动物可穿戴生物化学传感联合气体检测装置，参见附图1，其特征在于包括采集前端电路模块以及上位机，其中所述采集前端模块包括脑电采集模块、气体采集模块、MCU模块以及蓝牙模块，通过魔术贴固定在大鼠背部；所述脑电采集模块包括电极和电荷感知前端，用于隔着动物皮层非创伤检测大鼠脑电信号；所述气体采集模块包括定电位电解式气体传感器，用于采集特定的气体信号；采集的脑电信号和气体信号经过MCU模块进行模数转换后，通过蓝牙模块发送到上位机；所述上位机用于接收并处理采集前端模块传输来的数据，实时显示脑电和气体信号波形。结合附图2对采集前端模块的具体工作原理进行如下描述：

(1)电极：采集前端模块中的脑电采集模块的电极使用非侵入弹簧探针电极，其中四个弹簧探针两两对称分布安置在大鼠头皮上作为P、N端来采集两通道的特定气体诱导训练后大鼠产生的脑电信号，其中作为N参考端的两个弹簧探针使用平均导联法设计，经一个电阻连接在一起。

(2)电荷感知前端：采集前端模块中的脑电采集模块的电荷感知前端为本实验室自主研发的芯片，输入阻抗为10

(3)气体采集模块：所述采集前端模块中的气体采集模块采用定电位电解式气体传感器进行气体监测，该气体传感器能够将气体转换为模拟电流信号输出，通过跨阻放大器转换并放大为模拟电压信号，该信号有时出现负电压情况，需要经过电平抬升电路后接入MCU模块。

所述采集前端模块中的气体采集模块采集到的气体信号与气体浓度呈线性关系，可以用来表征环境中的气体浓度。

(4)MCU模块：采用TI公司的MSP430F5528型号的微控制器，内置12位AD转换模块和数据处理模块，负责控制和协调多个模块的工作流程，MCU模块在上电后根据代码配置初始化AD转换模块和数据处理模块，设置采样率、波特率等，并且通过控制UART串口将数据传输到所述蓝牙模块。

(5)蓝牙模块：采用TI公司的CC2642芯片，能够实现双向透传功能，模块支持蓝牙5.0，具有出色的接收器灵敏度。芯片性能优异可以在6.6m内传输20k/s数据而不丢包。蓝牙模块通过配置AT指令实现与上位机配对，上电后上位机发送采集指令，蓝牙模块将串口数据透传给上位机。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所做出的等同变换或替换均落入本发明的权利要求所保护的范围。