当前位置: 首页 > 专利查询>重庆大学专利>正文

通用电子鼻系统及其检测方法技术方案

技术编号:14063378 阅读:132 留言:0更新日期:2016-11-28 02:15
本发明专利技术提供了一种可应用于环境监测、医疗诊断、食品检测、质量控制等领域的通用电子鼻系统及其检测方法,包括进样单元、检测单元以及上位机控制单元,检测单元包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块,该系统将传感器阵列技术与离子迁移谱技术相结合,可选择单独由传感器阵列检测模块或离子迁移谱检测模块进行检测,此时的系统检测结果由相应检测模块单独给出,也可以由传感器阵列检测模块与离子迁移谱检测模块共同检测,此时的系统的检测结果由传感器阵列检测模块的检测结果与离子迁移谱检测模块的检测结果联合得出,联合检测大大提高了传统电子鼻系统的检测准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子鼻
,具体涉及一种可应用于环境监测、医疗诊断、食品检测、质量控制等领域的通用电子鼻系统及其检测方法
技术介绍
气味信息是物体的自然属性之一,很大程度上表征了物体的某一特性。通过检测不同物质的气味信息,可以实现对物体定性和定量的分析。电子鼻是一种模拟人类嗅觉系统构建成的快速的气味采集、分析系统。长期以来,气味信息的评价手段主要分为专家感官评测和化学评测。专家感官评测主观性强,存在个体差异大、标准不统一、重复性较差等多个不足;化学评测方法一般要求具备一定专业知识的技术人员操作,样品制备以及检测过程比较复杂、周期较长,并且检测成本高,难以进行深入的推广。相比于传统的方法,电子鼻具有快速、便捷、自动化等多个优势,是一种有效的气味检测手段。高场强非对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术是一种典型的基于离子迁移谱技术发展而来的广谱离子分离技术,该技术利用被测物质的离子迁移率在高低场强下存在差异,实现物质的分离与检测,它具有响应速度快、分辨率高、可应用范围广、易于微型化等优点,在环境污染物、爆炸物、代谢物质检测等领域有着广阔的应用前景。
技术实现思路
本申请通过提供一种可应用于环境监测、医疗诊断、食品检测、质量控制等领域的通用电子鼻系统及其检测方法,将传感器阵列技术与离子迁移谱技术相结合,可选择单独由传感器阵列检测模块或离子迁移谱检测模块进行检测,此时的检测结果由相应检测模块单独给出,也可以选择由传感器阵列检测模块与离子迁移谱检测模块共同进行检测,此时电子鼻系统的检测结果由传感器阵列检测模块的检测结果与离子迁移谱检测模块的检测结果联合得出,大大提高了传统电子鼻系统的检测准确性。本申请采用以下技术方案予以实现:一种通用电子鼻系统,包括进样单元、检测单元以及上位机控制单元,其中,所述检测单元包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块,所述进样单元包括零级空气发生器、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器以及样品室,所述零级空气发生器出气口的气流一方面经第一质量流量控制器流入样品室,另一方面经第三质量流量控制器流入所述离子迁移谱检测模块,从所述样品室流出的气流一方面与流过第三质量流量控制器的气流混合后流入所述离子迁移谱检测模块,另一方面通过第二质量流量控制器流入所述传感器阵列检测模块,所述传感器阵列检测模块用于将气味信息转换为电信号,所述离子迁移谱检测模块用于对待测物进行分离与检测,所述传感器阵列检测模块输出的信号和/或所述离子迁移谱检测模块输出的信号传输至所述上位机控制单元,所述上位机控制单元用于将接收到的数据进行特征提取及分析,并输出气味的定性分析结果或定量分析结果。所述质量流量控制器用以实现流量的精确控制。所述上位机控制单元完成对所述质量流量控制器的流量设定并进行实时流量的读取,以确保相应的气路中流量的稳定。进一步地,所述传感器阵列检测模块包括传感器阵列、传感器气室、调理电路板、数据采集卡以及单片机,所述传感器阵列的模拟输出信号经过所述调理电路板后,进入所述数据采集卡转换为数字信号传输至所述上位机控制单元,所述传感器阵列的数字输出信号经所述单片机传输至所述上位机控制单元,所述离子迁移谱检测模块包括基于离子迁移谱技术的检测器、加热管、加热控制箱以及过滤器,所述加热控制箱用以将所述加热管的温度调节至设定值,所述加热管、过滤器、离子迁移谱检测器依次相连,所述离子迁移谱检测器将检测的结果传输至所述上位机控制单元。进一步地,所述传感器气室包括一个气室体、两个气室盖以及至少一个隔板,在所述气室体的侧面按照所述传感器阵列中对应传感器感应面的尺寸切割出相应大小的孔,传感器镶嵌固定在气室体侧面的孔上,使得传感器的感应面朝向所述气室体内部,传感器的引脚朝向所述气室体外部,所述隔板与所述气室盖平行放置安装,所述隔板上设置了若干个过气孔,使得进入所述气室体的气流均匀流过传感器的感应面,所述气室盖通过气体接头连接外部的进气管和出气管。为保证传感器气室的密封性且不影响传感器正常检测,传感器气室采用无味密封胶对传感器与气室体之间的缝隙进行密封。进一步地,所述通用电子鼻系统还包括电磁阀驱动板、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀以及第四三通阀,其中,所述第一三通阀的第一通道连接所述零级空气发生器的出气口,所述第一三通阀的第二通道通过第一单通电磁阀连接所述第一质量流量控制器,所述第一三通阀的第三通道通过第二单通电磁阀连接所述第三质量流量控制器,所述第二三通阀的第一通道连接所述样品室的出气口,所述第二三通阀的第二通道通过第三单通电磁阀连接第二质量流量控制器,所述第二三通阀的第三通道连接所述第三三通阀的第一通道,所述第三三通阀的第二通道连接所述第三质量流量控制器,所述第三三通阀的第三通道连接所述加热管,所述第四三通阀的第一通道连接所述传感器气室的出气口,所述第四三通阀的第二通道连接所述离子迁移谱检测器的出气口,所述第四三通阀的第三通道连接外界,所述上位机控制单元通过所述电磁阀驱动板控制第一单通电磁阀、第二单通电磁阀、第三单通电磁阀以及第四单通电磁阀的开闭。该电子鼻系统以零级空气发生器为气源,上位机控制单元通过电磁阀驱动板控制单通电磁阀的通断来实现对相应位置气流通断的控制,可以实现传感器阵列检测模块与离子迁移谱检测模块同时工作或者单独工作。可以根据不同的检测目标来选配合适的传感器类型和数量来组成所述传感器阵列,所述传感器阵列包括金属氧化物半导体传感器、电化学传感器、声表面波气体传感器、光离子化气体传感器、数字式传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器或固体电解质气体传感器中的一种或多种组合。模拟输出式的气体传感器通过调理电路进行信号转换、滤波处理之后,经由连接线传递到数据采集卡,在数据采集卡中完成模拟信号到数字信号的变换,然后经由USB接口发送到上位机控制单元进行曲线显示和数据分析;数字信号传感器通过I2C接口或其它接口方式与单片机连接,然后经由USB接口传至上位机控制单元。一种通用电子鼻系统的检测方法,包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块同时工作、传感器阵列检测模块单独工作及离子迁移谱检测模块单独工作三种工作模式,其中:(1)传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块同时工作的检测方法具体包括如下步骤:A1:所述通用电子鼻系统上电并进行预热;按需求设定各质量流量控制器的流量值,通过所述加热控制箱调节所述加热管的温度至要求值,所述样品室中不放样品,通过电磁阀驱动板打开全部的单通电磁阀,开启所述零级空气发生器,根据所述上位机控制单元设定的时间进行预热;A2:检测待测物:A21基线数据采集:按需求设定各质量流量控制器的流量值,通过所述加热控制箱调节所述加热管温度至要求值,所述样品室中不放样品,通过电磁阀驱动板打开全部的单通电磁阀,开启所述零级空气发生器,根据所述上位机控制单元设定的时间进行基线数据采集;A22待测物数据采集:打开所述样品室的盖子,将待测样品放入所述样品室,旋紧所述样品室的盖子,各质量流量控制器流量值保持不变,各单通电磁阀的状态保持不变,加热管温度保持不变,运行所述通用电子鼻系统,根据所述上位机控制单元设定的时间进行待测物数据采集;A3:系统清洗:打开所述样品室的盖子本文档来自技高网...
通用电子鼻系统及其检测方法

【技术保护点】
一种通用电子鼻系统,其特征在于,包括进样单元、检测单元以及上位机控制单元,其中,所述检测单元包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块,所述进样单元包括零级空气发生器、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器以及样品室,所述零级空气发生器出气口的气流一方面经第一质量流量控制器流入样品室,另一方面经第三质量流量控制器流入所述离子迁移谱检测模块,从所述样品室流出的气流一方面与流过第三质量流量控制器的气流混合后流入所述离子迁移谱检测模块,另一方面通过第二质量流量控制器流入所述传感器阵列检测模块,所述传感器阵列检测模块用于将气味信息转换为电信号,所述离子迁移谱检测模块用于对待测物进行分离与检测,所述传感器阵列检测模块输出的信号和/或所述离子迁移谱检测模块输出的信号传输至所述上位机控制单元,所述上位机控制单元用于将接收到的数据进行特征提取及分析,并输出气味的定性分析结果或定量分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种通用电子鼻系统,其特征在于,包括进样单元、检测单元以及上位机控制单元,其中,所述检测单元包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块,所述进样单元包括零级空气发生器、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器以及样品室,所述零级空气发生器出气口的气流一方面经第一质量流量控制器流入样品室,另一方面经第三质量流量控制器流入所述离子迁移谱检测模块,从所述样品室流出的气流一方面与流过第三质量流量控制器的气流混合后流入所述离子迁移谱检测模块,另一方面通过第二质量流量控制器流入所述传感器阵列检测模块,所述传感器阵列检测模块用于将气味信息转换为电信号,所述离子迁移谱检测模块用于对待测物进行分离与检测,所述传感器阵列检测模块输出的信号和/或所述离子迁移谱检测模块输出的信号传输至所述上位机控制单元,所述上位机控制单元用于将接收到的数据进行特征提取及分析,并输出气味的定性分析结果或定量分析结果。2.根据权利要求1所述的通用电子鼻系统,其特征在于,所述传感器阵列检测模块包括传感器阵列、传感器气室、调理电路板、数据采集卡以及单片机,所述传感器阵列的模拟输出信号经过所述调理电路板后,进入所述数据采集卡转换为数字信号传输至所述上位机控制单元,所述传感器阵列的数字输出信号经所述单片机传输至所述上位机控制单元,所述离子迁移谱检测模块包括基于离子迁移谱技术的检测器、加热管、加热控制箱以及过滤器,所述加热控制箱用于将所述加热管的温度调节至设定值,所述加热管、过滤器、基于离子迁移谱技术的检测器依次相连,所述基于离子迁移谱技术的检测器将检测的结果传输至所述上位机控制单元。3.根据权利要求2所述的通用电子鼻系统,其特征在于,所述传感器气室为全特氟龙材质,包括一个气室体、两个气室盖以及至少一个隔板,在所述气室体的侧面按照所述传感器阵列中对应传感器感应面的尺寸切割出相应大小的孔,传感器镶嵌固定在气室体侧面的孔上,使得传感器的感应面朝向所述气室体内部,传感器的引脚朝向所述气室体外部,所述隔板与所述气室盖平行安装放置,所述隔板上设置了若干个过气孔,使得进入所述气室体的气流均匀流过传感器的感应面,所述气室盖通过气体接头连接外部的进气管和出气管。4.根据权利要求2所述的通用电子鼻系统,其特征在于,所述通用电子鼻系统还包括电磁阀驱动板、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀以及第四三通阀,其中,所述第一三通阀的第一通道连接所述零级空气发生器的出气口,所述第一三通阀的第二通道通过第一单通电磁阀连接所述第一质量流量控制器,所述第一三通阀的第三通道通过第二单通电磁阀连接所述第三质量流量控制器,所述第二三通阀的第一通道连接所述样品室的出气口,所述第二三通阀的第二通道通过第三单通电磁阀连接第二质量流量控制器,所述第二三通阀的第三通道连接所述第三三通阀的第一通道,所述第三三通阀的第二通道连接所述第三质量流量控制器,所述第三三通阀的第三通道连接所述加热管,所述第四三通阀的第一通道连接所述传感器气室的出气口,所述第四三通电磁阀的第二通道连接所述基于离子迁移谱技术的检测器的出气口,所述第四三通阀的第三通道连接外界,所述上位机控制单元通过所述电磁阀驱动板控制第一单通电磁阀、第二单通电磁阀、第三单通电磁阀以及第四单通电磁阀的开闭。5.根据权利要求1所述的通用电子鼻系统,其特征在于,所述传感器阵列包括金属氧化物半导体传感器、电化学传感器、声表面波气体传感器、光离子化气体传感器、数字式传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器或固体电解质气体传感器中的一种或多种组合。6.如权利要求1所述的通用电子鼻系统的检测方法,其特征在于,包括传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块同时工作、传感器阵列检测模块单独工作及离子迁移谱检测模块单独工作三种工作模式,其中:(1)传感器阵列检测模块和离子迁移谱检测模块同时工作的检测方法具体包括如下步骤:A1:...

【专利技术属性】
技术研发人员:田逢春孙皓甘平张磊吕博梁志芳孙彤刘涛于彬刘香敏张龙龙
申请(专利权)人:重庆大学
类型:发明
国别省市:重庆;50

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1