基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置及其检测分析方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置及其检测分析方法。该装置包括动态配气系统和仿生嗅觉检测分析系统。动态配气系统包括高、低浓度配气支路和载气输送支路；仿生嗅觉检测分析系统包括嗅觉检测单元及测控单元；嗅觉检测单元包括顺序连接的样本气体生成室，流量计，气敏传感器阵列和视镜，视镜内嵌温、湿度传感器；嗅觉测控单元包括测控计算机；测控计算机输出端连接动态配气系统的质量流量控制器及传感器加热电压控制端，测控计算机输入端连接传感器数据采集端及温湿度传感器。本发明专利技术可精确配置不同浓度的样本气体进行嗅觉检测分析，可调整载气流量、气体温湿度和传感器工作电压，实现对样本气体嗅觉检测的优化控制及其检测和分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农产品无损检测分析装置，具体涉及一种基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置及其检测分析方法。
技术介绍
随着仿生学理论研究的深入和计算机技术的发展，人们从上世纪八十年代开始进行仿生嗅觉的研究。仿生嗅觉检测在食品工业、环境监测、疾病探测和国防建设等领域具有诱人的应用前景。近年来，该
受到广泛关注和普遍重视，中国专利授权公告号：CN101135689B，公开了一种电子鼻开发平台；中国专利授权公告号：CN203422675U，公开了一种动态痕量气体浓度配气装置；中国专利授权公告号：CN104792923A，公开了一种气体分析仪供气装置及方法。查阅文献，现有的仿生嗅觉检测分析装置只是完成对待测气体的直接检测分析，并未考虑待测气体的浓度、温度、湿度及传感器工作电压变化对嗅觉检测适应性及影响，不利于发挥嗅觉检测的有效性和准确性。另外，气敏传感器是仿生嗅觉技术中核心的部件，除具有普遍传感器共有的温漂和响应范围等特性外，还具有其特有的交叉敏感性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有仿生嗅觉检测分析装置的缺点与不足，提供一种基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置及其检测分析方法，其可精确配置不同浓度的样本气体并进行嗅觉检测分析，且可调整载气流量、气体温、湿度和传感器工作电压，实现对待测气体嗅觉检测性能的优化控制，实现对待测样本挥发气体的检测和分析。为了实现上述目的，本专利技术提供的基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，包括动态配气系统和仿生嗅觉检测分析系统。所述动态配气系统包括低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路，且低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上分别设有气源、截止阀、气体质量流量控制器，低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路的出气口分别与两位三通阀的进气口连接，两位三通阀的出气口的一支经加湿支路连接仿生嗅觉检测分析系统的样本气体生成室的进气口，两位三通阀的出气口的另一支经干燥支路直接连接样本气体生成室的进气口。所述仿生嗅觉检测分析系统包括嗅觉检测单元和嗅觉测控单元。嗅觉检测单元包括检测支路、第一清洗支路及第二清洗支路，检测支路包括设于加热台上用于放置样本气体的样本气体生成室，所述样本气体生成室的载气入口与所述动态配气系统的加湿支路或干燥支路连通，样本气体生成室的顶空气体出口经第一电磁阀、流量计连通检测腔的进气口，该检测腔内设有气敏传感器阵列，检测腔的出气口连通视镜，视镜内设有温、湿度传感器，所述第一清洗支路的前端连接所述动态配气系统的出气口，后端直接连接检测腔的进气口，所述第二清洗支路前端直接连接样本气体生成室的顶空气体出口，后端直接连通大气；嗅觉测控单元包括测控计算机，该测控计算机的输出端设置第一数据采集卡，第一数据采集卡生成电压信号和脉冲信号，一部分电压信号经第一运算放大器连接低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上的气体质量流量控制器，另一部分电压信号经脉宽调制电路输出到气敏传感器阵列的加热电压控制端，脉冲信号经第二运算放大器输出至第一、二、三电磁截止阀；同时，气敏传感器阵列的数据采集端经阻抗匹配电路、第二数据采集卡连接测控计算机，内嵌于视镜中的温、湿度传感器经第二数据采集卡连接测控计算机。所述低浓度配气支路包括依次顺序连接的低浓度气体气源、第一截止阀、第一气体质量流量控制器、第一单向阀；所述高浓度配气支路包括依次顺序连接的高浓度气体气源、第二截止阀、第二气体质量流量控制器、第二单向阀；所述载气输送支路包括依次顺序连接的载气气源、第三截止阀、第二气体质量流量控制器、第二单向阀，所述低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路经第一单向阀或第二单向阀与所述两位三通阀的进气口连接。配制低浓度（<=100ppm）气体过程中通过调节低浓度配气支路上的第一气体质量流量控制器和高浓度配气支路上的第二气体质量流量控制器的旋钮内部控制流量的大小；配制高浓度(>=1000ppm)气体过程中通过调节高浓度配气支路上的第二气体质量流量控制器的旋钮内部控制流量的大小；或者第一、二气体质量流量控制器分别与测控计算机连接，由测控计算机实现外部控制。所述加湿支路包括顺序连接的加湿器及第四截止阀，所述干燥支路包括直接连通两位三通阀和样本气体生成室的第三单向阀。所述样本气体生成室的底座上设置所述载气入口，所述样本气体生成室的顶部设置所述顶空气体出口。所述气敏传感器阵列由8个气敏传感器组成，每个气敏传感器放置于独立的气室内，呈圆周阵列分布，且所述气室采用耐高温铝合金材料制成，气体可均匀通入每个传感器气室，避免了气敏传感器间的相互干扰，提高了各气敏传感器对样本气体实施检测的同步性和均匀性。所述加热台用于给样本气体生成室内顶空气体加热，且加热台的加热装置可以设置不同的加热温度，为设置最佳样本气体检测温度提供了接口。本专利技术动态配气系统不但能连续提供稳定的样本气体，而且可通过调节样本气体和载气的流量比获得所需浓度的样本气体，尤其适用于配制低浓度的样本气体，克服了静态配气方法中样本气体浓度不准确和其浓度随放置时间变化的缺点。在仿生嗅觉检测过程中，若样本气体浓度过高，超过气敏传感器阵列的最大有效检测浓度时，动态配气系统输送的载气用作稀释气体，对样本气体进行稀释，使样本气体的浓度在气敏传感器阵列响应频带宽度内，从而进行有效的检测与分析。本专利技术装置使用的载气气源为氮气，因为通常情况下氮气无色无味，并且化学性质很稳定，实验安全性高，成本低。在仿生嗅觉检测过程中样本气体的流速是非常重要的，如果流速过快，会使样本气体还未来得及与气敏传感器阵列充分反应就被带出检测腔，得不到有效的检测曲线进行实验分析；如果流速过慢，会使气敏传感器阵列响应的时间过长，从而增加了整个检测时间。因此，本专利技术装置采用第一、二气体质量流量控制器对气体的质量流量进行精密控制，保证流经检测腔内的样本气体和气敏传感器阵列充分反应，得到精度更高的检测数据。作为优选，所述的第一气体质量流量控制器流量控制范围是0～5ml/min，所述的第二气体质量流量控制器流量控制范围是0～1000ml/min。本专利技术配气系统配制的标准气体最大流量为1000ml/min。作为优选，所述第一、二气体质量流量控制器采用标准电信号采集和控制，而且控制单元采用了响应速度较高的电压敏感材料，因而最适合于与计算机组成自动控制系统。作为优选，所述的加湿器用于对管路中的样本气体进行加湿。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种利用上述基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置进行检测分析的方法，其包括下述步骤：A1.开启仿生嗅觉检测分析装置，使仿生嗅觉检测分析装置预热稳定30min；A2.根据需要配制的样本气体浓度接通装有样本气体的低浓度气源或高浓度气源，同时接通载气气源；A3.通入载气稳定100s,使各气敏传感器检测基线稳定，得到基线电压；A4.通入低浓度气源或高浓度气源中的样本气体，并设置相应气体质量流量控制器的参数，即可将样本气体稀释至所需浓度，稀释后的样本气体进入检测腔，检测腔内的气敏传感器阵列检测到样本气体产生变化的电压信号，从而获得各气敏传感器的动态输出响应；A5.各气敏传感器的动态输出响应信号通过高速A/D采样单元采集后，经阻抗匹配电路、第二数据采集卡传输至测控计算机进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，包括动态配气系统和仿生嗅觉检测分析系统，其特征在于，所述动态配气系统包括低浓度配气支路（1）、高浓度配气支路（2）和载气输送支路（3），且低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上分别设有气源、截止阀、气体质量流量控制器，低浓度配气支路（1）、高浓度配气支路（2）和载气输送支路（3）的出气口分别与两位三通阀（4）的进气口连接，两位三通阀（4）的出气口的一支经加湿支路（5）连接仿生嗅觉检测分析系统的样本气体生成室（71）的进气口，两位三通阀（4）的出气口的另一支经干燥支路（6）直接连接样本气体生成室（71）的进气口；所述仿生嗅觉检测分析系统包括嗅觉检测单元和嗅觉测控单元，其中，嗅觉检测单元包括检测支路（7）、第一清洗支路（8）及第二清洗支路（9），检测支路（7）包括设于加热台（72）上用于放置样本气体的样本气体生成室（71），所述样本气体生成室（71）的载气入口与所述动态配气系统的加湿支路（5）或干燥支路（6）连通，样本气体生成室（71）的顶空气体出口经第一电磁阀（73）、流量计（74）连通检测腔（75）的进气口，该检测腔（75）内设有气敏传感器阵列（76），检测腔（75）的出气口连通视镜（77），视镜（77）内设有温、湿度传感器，所述第一清洗支路（8）的前端连接所述动态配气系统的出气口，后端直接连接检测腔（75）的进气口，所述第二清洗支路（9）前端直接连接样本气体生成室（71）的顶空气体出口，后端直接连通大气；嗅觉测控单元包括测控计算机（101），该测控计算机的输出端设置第一数据采集卡（102），第一数据采集卡生成电压信号和脉冲信号，一部分电压信号经第一运算放大器（103）连接低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上的气体质量流量控制器，另一部分电压信号经脉宽调制电路（104）输出到气敏传感器阵列（76）的加热电压控制端，脉冲信号经第二运算放大器（105）输出至第一、二、三电磁截止阀（73、81、91）；同时，气敏传感器阵列（76）的数据采集端经阻抗匹配电路（106）、第二数据采集卡（107）连接测控计算机，内嵌于视镜（77）中的温、湿度传感器经第二数据采集卡（107）连接测控计算机（101）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，包括动态配气系统和仿生嗅觉检测分析系统，其特征在于，所述动态配气系统包括低浓度配气支路（1）、高浓度配气支路（2）和载气输送支路（3），且低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上分别设有气源、截止阀、气体质量流量控制器，低浓度配气支路（1）、高浓度配气支路（2）和载气输送支路（3）的出气口分别与两位三通阀（4）的进气口连接，两位三通阀（4）的出气口的一支经加湿支路（5）连接仿生嗅觉检测分析系统的样本气体生成室（71）的进气口，两位三通阀（4）的出气口的另一支经干燥支路（6）直接连接样本气体生成室（71）的进气口；所述仿生嗅觉检测分析系统包括嗅觉检测单元和嗅觉测控单元，其中，嗅觉检测单元包括检测支路（7）、第一清洗支路（8）及第二清洗支路（9），检测支路（7）包括设于加热台（72）上用于放置样本气体的样本气体生成室（71），所述样本气体生成室（71）的载气入口与所述动态配气系统的加湿支路（5）或干燥支路（6）连通，样本气体生成室（71）的顶空气体出口经第一电磁阀（73）、流量计（74）连通检测腔（75）的进气口，该检测腔（75）内设有气敏传感器阵列（76），检测腔（75）的出气口连通视镜（77），视镜（77）内设有温、湿度传感器，所述第一清洗支路（8）的前端连接所述动态配气系统的出气口，后端直接连接检测腔（75）的进气口，所述第二清洗支路（9）前端直接连接样本气体生成室（71）的顶空气体出口，后端直接连通大气；嗅觉测控单元包括测控计算机（101），该测控计算机的输出端设置第一数据采集卡（102），第一数据采集卡生成电压信号和脉冲信号，一部分电压信号经第一运算放大器（103）连接低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路上的气体质量流量控制器，另一部分电压信号经脉宽调制电路（104）输出到气敏传感器阵列（76）的加热电压控制端，脉冲信号经第二运算放大器（105）输出至第一、二、三电磁截止阀（73、81、91）；同时，气敏传感器阵列（76）的数据采集端经阻抗匹配电路（106）、第二数据采集卡（107）连接测控计算机，内嵌于视镜（77）中的温、湿度传感器经第二数据采集卡（107）连接测控计算机（101）。2.根据权利要求1所述的基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，其特征在于，所述低浓度配气支路（1）包括依次顺序连接的低浓度气体气源（11）、第一截止阀（12）、第一气体质量流量控制器（13）、第一单向阀（14）；所述高浓度配气支路（2）包括依次顺序连接的高浓度气体气源（21）、第二截止阀（22）、第二气体质量流量控制器（23）、第二单向阀（24）；所述载气输送支路（3）包括依次顺序连接的载气气源（31）、第三截止阀（32）、第二气体质量流量控制器（23）、第二单向阀（24），所述低浓度配气支路、高浓度配气支路和载气输送支路经第一单向阀（14）或第二单向阀（24）与所述两位三通阀（4）的进气口连接。3.根据权利要求1所述的基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，其特征在于，所述加湿支路（5）包括顺序连接的加湿器（51）及第四截止阀（52），所述干燥支路（6）包括直接连通两位三通阀（4）和样本气体生成室（71）的第三单向阀（61）。4.根据权利要求1所述的基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，其特征在于，所述样本气体生成室（71）的底座上设置所述载气入口，所述样本气体生成室（71）的顶部设置所述顶空气体出口。5.根据权利要求1所述的基于动态配气的仿生嗅觉检测分析装置，其特征在于，所述气敏传感器阵列（76）由8个气敏传感器组成，每个气敏传感器放置于独立的气室（754）内，呈圆周阵列分布，且所述气室（754）采用耐高温铝合金材料制成。6.一种利用权利要求1所述基于动态配气的仿生嗅觉检测分...

【专利技术属性】
技术研发人员：文韬，郑立章，桑孟祥，董帅，吴伟，龚中良，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43