一种可提高电子鼻灵敏度的装置制造方法及图纸

一种可提高电子鼻灵敏度的装置，包括样品输入端、空气输入端，样品输入端和空气输入端通过三通换向阀连接流量计，流量计的输出端连接气腔，气腔内设有多个并行竖直排布的感应传感器阵列，气腔通过电磁阀连接抽气泵；多个传感器阵列的各个传感器的采集信号连接控制模块，控制模块通过一驱动电机连接所述电磁阀，控制模块根据上述各个传感器检测的气体流速控制驱动电机转动以调节电磁阀的开度，从而动态调节气体的进气速率，该控制模块还控制所述三通换向阀与样品输入端或空气输入端接通。本实用新型专利技术模拟吸嗅行为的机制，通过控制模块驱动电磁阀的方式动态调节进气速率，来有效提高电子鼻的灵敏度。

A device that improves the sensitivity of the electronic nose

An electronic nose device can improve the sensitivity, including sample input, air input, sample input and input air flow meter is connected by three way reversing valve, the flowmeter is connected with the output end of the gas chamber, the air chamber is provided with a plurality of parallel vertical arrangement of the sensor array, the gas chamber through the solenoid valve is connected with the air pump each sensor signal acquisition; multiple sensor array connection control module, control module through a drive motor is connected with the electromagnetic valve control module based on the gas sensor for the detection of the flow control driving motor to adjust the opening of the electromagnetic valve, the intake rate so as to adjust the gas dynamics, the control module controls the three way reversing valve and the sample input or input through the air. The utility model simulates the mechanism of sniffing behavior, and dynamically controls the intake speed by driving the electromagnetic valve through the control module, so as to effectively improve the sensitivity of the electronic nose.

【技术实现步骤摘要】
一种可提高电子鼻灵敏度的装置
本技术涉及一种可提高电子鼻灵敏度的装置。
技术介绍
电子鼻是一种由多个气敏传感器组成的阵列，融合模式识别算法以模拟生物嗅觉的气味检测系统。现有电子鼻系统由于传感器结构、成本等原因，所使用的传感器阵列数量很少，远小于人体生物嗅觉系统中几万到上百万的嗅细胞，如德国AIRSENSE公司PEN3型电子鼻，采用的是10个不同金属氧化物的传感器阵列；法国AlphaMOSFOX4000型电子鼻采用的是18个不同金属氧化物的传感器阵列。传感器阵列的数量少，会导致特征选择维度低，造成电子鼻的灵敏度低，检测效果差。研究表明，动物的嗅上皮有一种气相色谱效应，也即由于气味中极性分子和非极性分子扩散速度不同，会导致在不同流速下气体分子在嗅上皮中呈现不同的分布，因此很多动物在识别气味时有吸嗅（Sniff）行为，这种行为在生物嗅觉系统的嗅觉产生过程中起到了至关重要的作用。则可考虑，通过调节吸入环境中气体的体量、速度和吸嗅行为的单次持续时间、次数，使气体分子在进入鼻道后在嗅上皮中呈现不同分布，促使生物嗅觉系统响应细胞神经达到兴奋状态，从而可以实现对环境气体的认知和识别。传统的电子鼻通常是采用稳态、固定的气体流速或手动调节进气速率来进行采样检测，其灵敏度只是由传感器阵列数量所决定。本技术采用类似上述吸嗅行为的机制，可在不增加传感器阵列数量的基础上，提高电子鼻的灵敏度。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的上述不足，提供一种可提高电子鼻灵敏度的装置，模拟动物吸嗅行为的机制，通过控制模块驱动电磁阀的方式动态调节进气速率，改变气味中极性分子和非极性分子与传感器反应的程度，扩大特征选择维度，来有效提高电子鼻的灵敏度。本技术采用的技术方案是，一种可提高电子鼻灵敏度的装置，包括样品输入端、空气输入端，样品输入端和空气输入端通过三通换向阀连接流量计，流量计的输出端通过管道连接气腔，气腔内设有多个并行竖直排布的传感器阵列，气腔的另一端通过电磁阀连接抽气泵；多个传感器阵列的各个传感器的采集信号连接控制模块，控制模块的输出端通过一驱动电机连接所述电磁阀，所述控制模块根据上述各个传感器检测的气体流速控制驱动电机转动以调节电磁阀的开度，从而动态调节气体的进气速率，该控制模块还控制所述三通换向阀与样品输入端或空气输入端接通。作为优选，所述气腔包括两个依次贯通连接的第一气腔、第二气腔，第一气腔、第二气腔内分别设有并行竖直排布的感应传感器阵列，气腔设置成两个是为了模拟鼻粘膜中嗅觉细胞的不同位置分布，延长反应的距离；所述第一气腔和第二气腔中分别设有多组并行竖直排布的传感器阵列，每组传感器阵列上的传感器以m行*n列的排列方式布置，每组传感器阵列由包含金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子传感器在内的不同种类的传感器组成。进一步地，所述控制模块包括与传感器阵列的输出端连接的比较器、以及微控制器、电机驱动芯片，多个传感器阵列的各个传感器分别连接一比较器，各个比较器的输出端电平连接所述微控制器，微控制器的输出端通过所述电机驱动芯片连接驱动电机，所述驱动电机为步进电机或直流电机。优选地，所述第一气腔和第二气腔中分别设有3组并行竖直排布的传感器阵列，每组传感器阵列包括底板、位于底板上以3行*4列的排列方式布置的传感器，其每行有4个传感器，每列有3个传感器，于是每组传感器阵列有12个传感器，每组传感器阵列由包含金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子传感器在内的不同种类的传感器组成。优选地，所述微控制器可为ARM、STM32、单片机之一。优选地，所述抽气泵的量程为0-1L/min,型号为远望牌YW02。可选择地，所述电磁阀为蝶阀。本技术的有益效果是：通过模拟动物吸嗅行为的机制，根据气腔中传感器采集信号的不同通过控制模块驱动电磁阀动态调节进气速率，改变气体中极性分子和非极性分子与传感器反应的程度，扩大特征选择维度，来有效提高电子鼻的灵敏度；并通过设置多个气腔的方式延长气体与传感器阵列的接触时间，来达到传感器阵列与气体进行充分接触的目的，辅助提高电子鼻的灵敏度。附图说明图1为本专利技术一种可提高电子鼻灵敏度的装置实施例的结构图。图2为本专利技术实施例的一组传感器阵列的示意图。图3为本专利技术实施例的控制模块的电路图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本技术作进一步详细描述，应当理解，此处描述的实施例仅用于具体说明本技术的实施方式，并不构成对本技术的限制。参照图1，一种可提高电子鼻灵敏度的装置，包括样品输入端101、空气输入端102，样品输入端101和空气输入端102通过三通换向阀103连接流量计104，流量计104的输出端通过管道连接两个依次贯通连接的第一气腔106、第二气腔107，第一气腔106、第二气腔107内分别设有多个并行竖直排布的传感器阵列105，第二气腔107的另一端通过电磁阀108连接抽气泵109；多个传感器阵列105的各个传感器的采集信号连接控制模块111，控制模块111的输出端通过一驱动电机110连接所述电磁阀108，所述控制模块根据上述各个传感器检测的气体流速控制驱动电机110转动以调节电磁阀108的开度，从而动态调节气体的进气速率，该控制模块111还控制所述三通换向阀103与样品输入端101或空气输入端102接通。第一气腔106、第二气腔107用于模拟鼻粘膜中嗅觉细胞的不同位置分布，设置成两个气腔是为了延长气体与传感器阵列反应的距离。气腔也可设成依次连接的三个或其它数目。所述第一气腔106和第二气腔107中分别设有3组并行竖直排布的传感器阵列105，如图2所示，每组传感器阵列105包括底板201、位于底板201上以3行*4列的排列方式布置的传感器202，其每行有4个传感器，每列有3个传感器，于是每组传感器阵列105有12个传感器202。每组传感器阵列105的传感器由包含金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子传感器在内的不同种类的传感器组成。由不同种类的传感器组成的传感器阵列可以提高气体与传感器的反应灵敏度，从而提高电子鼻的灵敏度。气体通过样品输入端和空气输入端共同输入，通过控制模块调节三通换向阀103先与样品输入端101接通，再与空气输入端102接通，以调节气体的空气比例。本实施例中的控制模块采用如图3所示的电路，该控制模块包括与传感器阵列的输出端连接的比较器、以及微控制器、电机驱动芯片，多个传感器阵列的各个传感器分别连接一比较器，各个比较器的输出端电平连接所述微控制器，微控制器的输出端通过所述电机驱动芯片连接驱动电机，所述驱动电机为步进电机或直流电机。所述电机驱动芯片采用可驱动步进电机和直流电机的L298N。图中只示意出了一组传感器阵列（12个传感器）的接入，其他五组省略，该图中，一组传感器阵列有12个传感器，其连接三组LM339芯片，每组LM339芯片具有四个比较器。比较器的基准电压由三端可调基准源TL431提供。所述微控制器采用stm32f407zgt6，其可容纳上述72个传感器信号的输入，其为stm32系列的微处理器，所述微控制器还可为ARM、单片机或其他微处理器。微控制器为具有PWM功能的控制芯片，PWM信号用于驱动步进电机或直流电机。本实施例中，所述抽气泵109的量程选择为0-1L/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高电子鼻灵敏度的装置，其特征在于：包括样品输入端、空气输入端，样品输入端和空气输入端通过三通换向阀连接流量计，流量计的输出端通过管道连接气腔，气腔内设有多个并行竖直排布的传感器阵列，气腔的另一端通过电磁阀连接抽气泵；多个传感器阵列的各个传感器的采集信号连接控制模块，控制模块的输出端通过一驱动电机连接所述电磁阀，所述控制模块根据上述各个传感器检测的气体流速控制驱动电机转动以调节电磁阀的开度，从而动态调节气体的进气速率，该控制模块还控制所述三通换向阀与样品输入端或空气输入端接通。

【技术特征摘要】
1.一种可提高电子鼻灵敏度的装置，其特征在于：包括样品输入端、空气输入端，样品输入端和空气输入端通过三通换向阀连接流量计，流量计的输出端通过管道连接气腔，气腔内设有多个并行竖直排布的传感器阵列，气腔的另一端通过电磁阀连接抽气泵；多个传感器阵列的各个传感器的采集信号连接控制模块，控制模块的输出端通过一驱动电机连接所述电磁阀，所述控制模块根据上述各个传感器检测的气体流速控制驱动电机转动以调节电磁阀的开度，从而动态调节气体的进气速率，该控制模块还控制所述三通换向阀与样品输入端或空气输入端接通。2.如权利要求1所述的一种可提高电子鼻灵敏度的装置，其特征在于：所述气腔包括两个依次贯通连接的第一气腔、第二气腔，第一气腔、第二气腔内分别设有并行竖直排布的感应传感器阵列，气腔设置成两个是为了模拟鼻粘膜中嗅觉细胞的不同位置分布，延长反应的距离传感器；所述第一气腔和第二气腔中分别设有多组并行竖直排布的传感器阵列，每组传感器阵列上的传感器以m行*n列的排列方式布置，每组传感器阵列由包含金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子传感器在内的不同种类的传感器组成。3.如权利要求1或2所述的一种可提高电子鼻灵敏度的装置，其特征在于：所述控制模块包括与传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨，邢建国，傅均，钱曙，马欣欣，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33