一种便携式电子鼻系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种便携式电子鼻系统，设置有进样控制系统、气敏传感器阵列、单片机；进样控制系统与单片机连接，用于稳定进样气体流速和压力；进样控制系统设置有质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵；质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵依次连接。本实用新型专利技术发明专利技术通过气敏传感器通用插槽和信号调理电路，引入“即插即用”和“时分复用”，在不降低系统气味识别效能的前提下，减小气敏传感器数量和功耗；利用气压传感器和可调速真空泵，精简气路中的稳压阀；通过以上方法，减小系统体积、质量和功耗，最终实现小型化的便携式电子鼻。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子
，尤其涉及一种便携式电子鼻系统。
技术介绍
电子鼻作为一种典型的人工嗅觉系统，主要由气体传感器阵列和模式识别算法两部分组成。相比于感官分析的不准确性及传统化学分析的高成本，繁过程，费时间；电子鼻具有成本低，操作简单，速度快等优点。自20世纪80年代电子鼻的概念被提出来以后，电子鼻一直被各个国家视为重点研究项目。经过短短几十年的发展，电子鼻的应用领域十分广泛，常用于安全保障，化妆品检测，食品检测,空气检测,临床诊断等领域。1964年，Wilkens和Hatman提出对嗅觉过程的电子模拟，这是有关人工嗅觉分析系统的最早报道。1982年，英国Warwick大学的Persaud和Dodd研发了以气体分类用的智能化学传感器阵列为核心的人工嗅觉分析系统，其气敏传感器阵列可以分辨出桉树脑，玫瑰油，丁香芽油等21种复杂的挥发性化学物质的气味[6]。1987年英国Warwick大学召开的第八届欧洲化学传感器研究组织年会上，正式提出了“电子鼻”这一术语并给出了定义。在粮食方面，Juliusz Perkowski等采用电子鼻和CS/MS对小麦和黑麦中trichodiene合成酶的含量进行了分析，发现受感染样品的镰刀菌的含量远远高于正常样品；在乳制品上，欧洲利用电子鼻技术控制不同产地的奶酪在生产过程中的质量，并已开始建立其指纹图谱的数据库。在医药领域，Reinhard Fend等研究表明训练过的电子鼻检测结核分枝杆菌的临床标本成功率很高，该方法可以用于快速自动化诊断与呼吸道感染有关的疾病。相比而言，我国对人工嗅觉方面的研究起步较晚，但在近十年也取得了较大成果。同济大学王磊教授领导的科研小组已成功地研制出室内空气品质自动监测系统和电子鼻控制器；浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室正在研究测量呼吸气体，诊断疾病；江苏大学赵杰文教授，邹小波博士应用13个金属氧化物传感器阵列，利用神经网络技术和遗传算法对镇江香醋和山西陈醋进行了识别。目前，部分国内外研究出的电子鼻产品已经商品化，如英国Aromascan公司的“数字气味分析系统”(市场报价100万人民币以上)，法国Apha MOSSA公司的FOX 2000系统和英国Neotronics Scientific Ltd公司的NOSE系统。但是这些系统普遍存在体积庞大，功耗高，价格昂贵的缺点，很不利于电子鼻产品的进一步推广使用。因此，目前的研究方向就是要将电子鼻从工业用途中推广开来，实现其低成本和小型化，使其能够广泛的应用到人们的日常生活中去。由于电子鼻的发展时间并不长，便携式的电子鼻在国内外的研究还比较少。2001年Cyrano Sciences公司在市场上推出了获得专利权的便携式电子鼻系统，但该系统只可以识别单一化学品的气味，所以用处十分局限。德国AIRSENSE公司生产的PEN3型电子鼻是一种检测蒸汽和气体的小巧，快捷的气体检测系统，它经训练后可以迅速分辨单一化合物或者混合气体。德国INNO_Concept公司生产的GC-IMS是一款用于食品安全检测的便携式电子鼻，它采用是离子迁移谱技术。这两种型号的电子鼻虽然可以检测的物质相对丰富，但是其体积质量依旧存在偏大的问题。而在国内，由于对电子鼻的研究起步较晚，电子鼻的研究还未赶上以美国，德国等国家为代表的西方国家的进度。目前国内有几所高校正在研究便携式的电子鼻，具有代表性的有华中科技大学正在研制手持式的电子鼻，但是目前还没有研制出来。国内便携式的电子鼻研究的正处于初级阶段。综上所述，便携式电子鼻是人工嗅觉系统的一个重要发展方向，而当前研究多关注于系统性能，普遍存在设备体积、重量大，功耗高等缺点。本专利技术的开展是对电子鼻小型化的一种尝试，在积累电子鼻硬件系统设计理论的同时为后续人工智能算法研究打下良好基础。传统电子鼻具有体积、质量和功耗较大的缺陷，不便携，不能完成气体进样控制和传感器阵列数据采集及记录。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种便携式电子鼻系统，旨在解决传统电子鼻体积大、质量和功耗较大的缺陷而且携带不方便，不能完成气体进样控制和传感器阵列数据采集及记录的问题。一种便携式电子鼻系统，该便携式电子鼻系统设置有进样控制系统、气敏传感器阵列、单片机；进样控制系统与单片机连接，用于稳定进样气体流速和压力；进样控制系统设置有质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵；质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵依次连接；气敏传感器与单片机连接，用于检测进样气体流速、温度和压力，并将检测的信号传输给单片机，所述气敏传感器阵列位于密闭测试腔内，气敏传感器阵列设置有气敏传感器、温度传感器、气压传感器；气敏传感器包括不同型号的气敏传感器。所述单片机用于接收进样控制系统和气敏传感器阵列传输的信号，经信号处理后对进样控制系统和气敏传感器阵列实时状态进行控制。进一步，所述密闭测试腔采用不锈钢制成，内壁表面为特氟龙涂层；密闭测试腔中还设置有加热器，加热器通过加热器上设置的继电器与220V交流电连接，继电器与单片机连接。进一步，气敏传感器阵列还设置有气敏传感器阵列调理电路，气敏传感器阵列调理电路设置有通用传感器插座和通用信号调理电路；通用传感器插座设置有多种不同封装形式的引脚；所述通用信号调理电路用于不同型号的气敏传感器输出的信号进入AD转换器之前，对信号进行阻抗转换、信号放大，通用信号调理电路设置有温度补偿电路、压力补偿电路，温度补偿电路、压力补偿电路均与单片机连接。进一步，所述单片机还设置有单片机最小系统电路、单片机外围电路；单片机最小系统电路设置有单片机调试接口、复位电路、存储器电路；所述单片机外围电路设置有电源电路、ADC数据采集器、人机交互平面、PWM真空泵转速控制器、加热控制器、数据存储电路；所述人机交互平面设置有液晶显示屏和按键；所述单片机采用具有ARM内核的STM32F103系列单片机，内部集成ADC、DAC、PWM、USB、I2C、质量流量控制器接口；所述密闭测试腔还设置有进气口和出气口。本技术通过气敏传感器通用插槽和信号调理电路，引入“即插即用”和“时分复用”，在不降低系统气味识别效能的前提下，减小气敏传感器数量和功耗；利用气压传感器和可调速真空泵，精简气路中的稳压阀；通过以上方法，减小系统体积、质量和功耗，最终实现小型化的便携式电子鼻。附图说明图1是本技术实施例提供的便携式电子鼻系统结构示意图。图中：1、质量流量控制器；2、三通阀；3、干燥器；4、密闭测试腔；5、可调速真空泵；6、气敏传感器；7、温度传感器；8、气压传感器；9、加热器；10、单片机；11、进气口；12、出气口。图2是本技术实施例提供的气敏传感器阵列调理电路图。图3是本技术实施例提供的单片机及外围电路结构框图。图4是本技术实施例提供的压力补偿电路图。图5是本技术实施例提供的加热控制电路图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。下面结合附图对本专利技术作进一步描述。如图1所示：一种便携式电子鼻系统，该便携式电子鼻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式电子鼻系统，其特征在于，该便携式电子鼻系统设置有进样控制系统、气敏传感器阵列、单片机；进样控制系统与单片机连接，进样控制系统设置有质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵；质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵依次连接；气敏传感器与单片机连接，所述气敏传感器阵列位于密闭测试腔内，气敏传感器阵列设置有气敏传感器、温度传感器、气压传感器；所述单片机设置有单片机最小系统电路、单片机外围电路；单片机最小系统电路设置有单片机调试接口、复位电路、存储器电路；所述单片机外围电路设置有电源电路、ADC数据采集器、人机交互平面、PWM真空泵转速控制器、加热控制器、数据存储电路；所述单片机内部集成有ADC、DAC、PWM、USB、I2C、质量流量控制器接口。

【技术特征摘要】
1.一种便携式电子鼻系统，其特征在于，该便携式电子鼻系统设置有进样控制系统、气敏传感器阵列、单片机；进样控制系统与单片机连接，进样控制系统设置有质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵；质量流量控制器、三通阀、干燥器、密闭测试腔、可调速真空泵依次连接；气敏传感器与单片机连接，所述气敏传感器阵列位于密闭测试腔内，气敏传感器阵列设置有气敏传感器、温度传感器、气压传感器；所述单片机设置有单片机最小系统电路、单片机外围电路；单片机最小系统电路设置有单片机调试接口、复位电路、存储器电路；所述单片机外围电路设置有电源电路、ADC数据采集器、人机交互平面、PWM真空泵转速控制器、加热控制器、数据存储电路；所述单片机内部集成有ADC、DAC、PWM、USB、I2C、质量流量控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，陈艳兵，崔兴瑞，李东琦，张磊，武萌雅，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆;50