電子鼻概述課件

電子鼻概述主要內(nèi)容電子鼻定義及工作原理主要組成部分研究歷史及現(xiàn)狀食品及其它行業(yè)中的應(yīng)用展望定義

Gardner.J.W給電子鼻下的定義是：“電子鼻是由有選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)淖R(shí)別方法組成的儀器，能識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜的氣味。”

工作原理

電子鼻模擬人的嗅覺(jué)對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行感知、分析和識(shí)別，其過(guò)程包含3個(gè)部分：

(1)氣敏傳感器陣列與氣味分子反應(yīng)后，通過(guò)一系列物理化學(xué)變化產(chǎn)生電信號(hào)；

(2)電子信號(hào)經(jīng)過(guò)電子線路，將信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

(3)處理后的信號(hào)通過(guò)模式識(shí)別系統(tǒng)，最后定性或定量的輸出對(duì)氣體所含成分的檢測(cè)結(jié)果。待測(cè)物品氣味

化學(xué)成分分析報(bào)告專業(yè)人員品評(píng)報(bào)告?zhèn)鞲衅麝嚵袛?shù)據(jù)預(yù)處理器成分分析數(shù)據(jù)庫(kù)專家品評(píng)數(shù)據(jù)庫(kù)特征提取庫(kù)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)處理器智能顯示器結(jié)果輸出計(jì)算機(jī)電子鼻工作原理圖LOGO氣敏傳感器陣列信號(hào)預(yù)處理模式識(shí)別Part2Part3Part1導(dǎo)電型傳感器金屬氧化物型導(dǎo)電聚合物型10-7壓電性傳感器石英晶體微平衡型可達(dá)10-12表面聲波型10-9其他金屬氧化硅場(chǎng)效半導(dǎo)體光學(xué)纖維傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易小型化，壽命長(zhǎng)，價(jià)格便宜，可靠性高，靈敏度高，響應(yīng)速度快，一致性好，適用范圍寬

需在200~400℃的溫度下工作靈敏度約在(5~500)×10-6基準(zhǔn)響應(yīng)在幾小時(shí)到幾天之間會(huì)發(fā)生漂移容易被氣味物中存在的硫化物所毒化在一般環(huán)境溫度下就可工作而無(wú)需加熱制作簡(jiǎn)便、易微型化、靈敏度高測(cè)試范圍較小，受環(huán)境因素影響較大，成本高相當(dāng)于人的大腦，其作用是對(duì)傳感器陣列傳入的信號(hào)進(jìn)行濾波、交換和特征提取,其中最重要的就是特征提取。常用的特征提取方法：相對(duì)法、差分法、對(duì)數(shù)法和歸一法等。不同的信號(hào)預(yù)處理子系統(tǒng)常與某個(gè)模式識(shí)別子系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行開(kāi)發(fā)，將其設(shè)計(jì)成一套軟件系統(tǒng)的兩個(gè)過(guò)程，方便數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并保證模式識(shí)別過(guò)程的準(zhǔn)確性。

模式識(shí)別是對(duì)特征提取后得到的信息進(jìn)行再處理，以獲得混合氣體的組成成分和濃度的信息。監(jiān)督學(xué)習(xí)階段用被測(cè)氣體來(lái)訓(xùn)練電子鼻，讓它知道需要感應(yīng)的氣體是什么。應(yīng)用階段經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的電子鼻有了一定的測(cè)試能力，就會(huì)使用模式識(shí)別的方法對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行辨識(shí)。主要模式識(shí)別方法統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)

進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ENN）技術(shù)研究歷史及現(xiàn)狀1、國(guó)外研究1964年，Wilkens和Hatman利用氣體在電極上的氧化-還原反應(yīng)對(duì)嗅覺(jué)過(guò)程進(jìn)行了電子模擬。1965年，Buck等利用金屬和半導(dǎo)體電導(dǎo)的變化對(duì)氣體進(jìn)行了測(cè)量。1982年，有人提出作為氣體分類用的智能化學(xué)傳感器陣列概念，他們建立的系統(tǒng)包括氣敏傳感器陣列和模式識(shí)別系統(tǒng)兩個(gè)部分。1987年，在第八屆歐洲化學(xué)傳感研究組織年會(huì)上，英國(guó)華威大學(xué)Gardner氣敏傳感研究小組發(fā)表了傳感器在氣體測(cè)量方面應(yīng)用的論文，引起學(xué)術(shù)界的廣泛興趣。1994年,Gardner等發(fā)表關(guān)于電子鼻的綜述性文章，正式提出“電子鼻”的概念。此后，電子鼻研究取得了快速進(jìn)展。目前，電子鼻技術(shù)的研究主要集中在傳感器等硬件的設(shè)計(jì)、模式識(shí)別等理論的研究、電子鼻技術(shù)應(yīng)用等方面。2、國(guó)內(nèi)研究浙江大學(xué)高大啟博士應(yīng)用金屬氧化物傳感器陣列和主成分分析法區(qū)別丙酮、乙醇、甲醇三種化學(xué)成分，對(duì)8種不同濃度的甲醇溶液進(jìn)行了分類，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)以上成分進(jìn)行聚類分析和識(shí)別。廈門大學(xué)揚(yáng)燕明博士應(yīng)用聲表面波傳感器陣列組成電子鼻系統(tǒng)，在識(shí)別氣體氣味方面作了一定的嘗試。江蘇大學(xué)趙杰文教授、鄒小波博士應(yīng)用13個(gè)金屬氧化物傳感器陣列，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳算法對(duì)鎮(zhèn)江香醋和山西陳醋進(jìn)行了識(shí)別。此外，還有湖南大學(xué)、大連理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和西安電子科技大學(xué)正在進(jìn)行電子鼻方面的研究?？偟膩?lái)看，與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)電子鼻的研究還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，離達(dá)到商品化還有一段距離。電子鼻技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用原材料的檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)孫鐘雷根據(jù)豬肉腐敗過(guò)程中散發(fā)的氣體類型選擇了5個(gè)MOS型傳感器，對(duì)不同新鮮度的豬肉樣品進(jìn)行測(cè)定，識(shí)別率達(dá)95%。鄒小波等研制出一套由金屬氧化錫傳感器陣列和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成的電子鼻對(duì)小麥、水稻和玉米三種谷物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)霉變小麥和水稻的識(shí)別正確率達(dá)100%，對(duì)霉變玉米的識(shí)別正確率在90%以上。

NabarunBhattacharyya，SohanSeth等人根據(jù)茶葉在發(fā)酵過(guò)程中不同的階段具有不同氣味的原理，利用電子鼻進(jìn)行茶葉發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)測(cè)，采用二范數(shù)法和馬氏距離法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果與色度檢測(cè)和專家評(píng)估結(jié)果就近。

EN可用來(lái)評(píng)價(jià)水果的成熟度，評(píng)價(jià)和識(shí)別不同品牌的白酒、葡萄酒、牛奶、茶葉以及果汁等。殷勇等將Wilks準(zhǔn)則引入主成分分析中，實(shí)現(xiàn)了電子鼻對(duì)3種不同種類酒的正確鑒別。于慧春等利用電子鼻對(duì)同類不同等級(jí)的茶葉、茶水和茶底揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明以茶水為對(duì)象時(shí)判別效果相對(duì)較好。在煙草行業(yè)中的應(yīng)用法國(guó)AlphaMOS公司利用具有18個(gè)MOS傳感器的電子鼻檢測(cè)6個(gè)不同產(chǎn)地的煙葉，實(shí)現(xiàn)了6種煙葉的良好的區(qū)分，識(shí)別率達(dá)到100%。鄒小波等報(bào)道利用由8個(gè)金屬氧化物傳感器陣列組成的電子鼻對(duì)不同品牌卷煙煙氣進(jìn)行分析，用主成分分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析法對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行解析。主成分分析法能夠把各品牌卷煙分開(kāi)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)3種品牌卷煙的識(shí)別率均在85%以上。精細(xì)化工行業(yè)中的應(yīng)用如在香精香料、化妝品生產(chǎn)中香氣的評(píng)價(jià)醫(yī)療診斷中的應(yīng)用檢測(cè)呼出氣體的成分，如對(duì)糖尿病患者的檢查環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用如對(duì)大氣環(huán)境、蔬菜農(nóng)藥殘留的檢測(cè)其它領(lǐng)域中的應(yīng)用如海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭的爆炸物安全檢查

目前電子鼻技術(shù)的應(yīng)用大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，主要因?yàn)榇嬖谝韵聠?wèn)題：氣體傳感器對(duì)工作環(huán)境敏感模式識(shí)別方法有待改進(jìn)當(dāng)混合氣體成分發(fā)生改變時(shí)，需要增減或改變傳