基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法，包括下列步骤：设计基于吸附剂吸附解吸附原理的富集模块，富集模块与电子鼻检测模块集成在一起组成电子鼻装置；收集不同种类的车内气体作为待测气体；制作待测气体的气味等级标签；对待测气体进行富集和检测；进行低浓度车内气味的评价，先对电子鼻检测数据进行降噪、滤波、归一化预处理操作，然后每条传感器响应曲线取多个特征值，每组数据包含多个特征值和对应的气味等级标签；通过机器学习的方法建立低浓度车内气味评价模型。

Evaluation method of PPB low concentration odor level in vehicle based on hand-held electronic nose

【技术实现步骤摘要】
基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法
本专利技术涉及一种具有富集功能手持式电子鼻及车内低浓度混合气味等级的评价方法。
技术介绍
随着人们生活水平日渐提高和汽车工业的快速发展，越来越多的家庭拥有了自己的汽车。但是，家用汽车产能的快速膨胀也带来了一些问题，除去烧机油、断轴等问题外，车内异味也开始受到消费者和相关质检部门的关注。车内气味的主要成分是挥发性有机物(volatileorganiccompounds,VOCs)。新车内饰散发异味对人的身体健康具有潜在的危害。因此，基于电子鼻等嗅觉仪器的车内气味等级评价方法具有重要的研究价值和实际意义。目前，电子鼻的应用范围主要集中在农林业、食品、酒类、茶类等，几乎很少有人将其应用在汽车领域，主要原因是电子鼻常用的金属氧化物半导体(MOS)型气体传感器的检测下限只能达到ppm(partspermillion)级别，而车内气味的浓度通常为ppb(partsperbillion)量级，所以会出现MOS电子鼻没有响应的情况。因此需要先通过富集装置将ppb级浓度的气味浓缩到ppm级之后再使用电子鼻进行检测。目前，针对车内气味的评价方法主要有两种：一、经过专业培训的相关人员进行主观评价，每位评价员闻完车内气味之后给出主观气味等级，此方法的缺点为每个评价员差异性较大，还会出现嗅觉疲劳等，另外长时间嗅闻也有可能会危害人的身体健康；二、通过专业的大型气体分析仪器，能够较精确的分析出气体的各种成分，但此类仪器体积大、成本高，且使用过程繁琐，不适用于车内气味的快速检测。所以，基于具有富集功能的手持式电子鼻系统建立一套低浓度车内气味等级评价方法，既能解决电子鼻检测下限的问题，又能代替人类评价员和大型气体分析仪器进行快速的检测与评价。Rivai等(RivaiM,TalakuaEL.Theimplementationofpreconcentratorinelectronicnosesystemtoidentifylowconcentrationofvaporsusingneuralnetworkmethod[C].InternationalConferenceonInformation.IEEE,2015.)基于TenaxGR吸附剂研制了预浓缩器，使电子鼻系统具有更高的灵敏度，并使得电子鼻能够成功地区分低浓度的乙醇、苯和丙酮等VOC气体。此方法实现了富集装置配合电子鼻检测低浓度VOCs气体，但该方案只是识别不同的单一VOC气体，没有具体的气味评价方法。徐耀宗等(徐耀宗,崔晨,童丽萍,etal.用于车用材料VOC在线分析的便携式电子鼻设计[J].汽车实用技术,2017(23):14-16.)利用光离子化检测器(PID)和自主设计的VOC采集装置组成电子鼻设备分析待测产品的VOC散发量，并给出待测样品中VOC的实时浓度。该方法只能检测到总的VOC浓度，没有MOS传感器阵列的响应信息和相关的气味评价方法，且PID设备价格较贵。专利201611176760.3(一种汽车气味的检测方法和检测系统，深圳市北检测技术有限公司)首先经过培训的嗅辨人员通过主观判断的方法检测出车内样品气体的等级，然后使用电子鼻检测和分析主观评价后的车内样品气体，并且建立气味数据模型，最后基于该气味数据模型对车内气味进行评价，形成了一套汽车气味的检测方法以及评价系统。该专利提出的方法只能对ppm级的车内气味进行检测，无法对ppb级的低浓度车内气体进行评价，并且该专利并未明确介绍评价方法。专利201620943180.1(一种结合气体浓缩的电子鼻伤口病原菌快速检测装置，胥勋涛)研制了一种用于电子鼻系统的气体浓缩装置，并提升了电子鼻系统对伤口病原菌的区分能力。其吸附管内部填装CarbopackTMB和TenaxGR混合吸附剂，并通过六孔二相阀控制气路的切换。该专利介绍的气体浓缩装置与其实验室自主研制的电子鼻用于病原菌的区分，并没有应用于车内气味检测的领域，也没有介绍相关的气味评价方法。综上所述，富集装置能够提升电子鼻的检测性能，解决电子鼻检测下限不足的问题，车内气味评价方法是汽车内饰气味检测领域必不可少的内容，因此具有富集功能的手持式电子鼻低浓度车内气味等级评价方法对低浓度车内气味检测工作具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术基于具有富集功能的手持式电子鼻给出了一种效果稳定、准确快速的车内气味评价方法。技术方案如下：本专利设计了基于吸附剂吸附解吸附原理的富集模块，解吸附的方法是加热。气体富集与电子鼻采样过程包括六个阶段：低温吸附阶段、密闭恢复阶段、加热解吸附阶段、电子鼻检测阶段、吸附管清洗阶段、降温恢复阶段。富集模块与电子鼻检测模块集成在一起组成电子鼻装置，并通过仪器外壳封装，具有体积小、重量轻、检测速度快等优点，并能够实现ppb级低浓度车内气体的检测。一种基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法，包括下列步骤：(1)设计基于吸附剂吸附解吸附原理的富集模块，解吸附的方法是加热，气体富集与电子鼻采样过程包括六个阶段：低温吸附阶段、密闭恢复阶段、加热解吸附阶段、电子鼻检测阶段、吸附管清洗阶段、降温恢复阶段，富集模块与电子鼻检测模块集成在一起组成电子鼻装置。(2)收集不同种类的车内气体作为待测气体；在事先不知道气味等级的情况下，多名受过专业嗅觉培训的气味评价员嗅闻待测气体并分别给出气味等级；然后将气味评价员给出的每袋气体的气味等级进行处理，作为待测气体的气味等级标签，此时的待测气体为带有气味等级标签的低浓度待测气体；(3)对待测气体进行富集和检测；富集模块的气泵抽取带有气味等级标签的低浓度待测气体，气体经过吸附管，目标物质被吸附剂吸附；低温吸附阶段和密闭恢复阶段结束后，快速加热吸附管，吸附管中的吸附剂受热解吸附，目标物质挥发充满富集模块气路空间；当富集模块的加热解吸附阶段运行结束后，电子鼻开始运行，进入电子鼻检测阶段，此时电子鼻吸入的气体是经过富集后的高浓度气体，并得到与气味等级标签对应的传感器阵列响应曲线；富集模块经过清洗和降温环节之后整套系统运行结束；(4)进行低浓度车内气味的评价，先对电子鼻检测数据进行降噪、滤波、归一化预处理操作，然后每条传感器响应曲线取多个特征值，每组数据包含多个特征值和对应的气味等级标签；通过机器学习的方法建立低浓度车内气味评价模型。本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点：[1]检测下限低、灵敏度高。富集模块能够提升待测气体的浓度，将待测的ppb级别气体的浓度提升到ppm级别，从而达到电子鼻的检测下限，解决了传统电子鼻难以检测到低浓度VOCs气体的问题。[2]便携性好、检测快速，该具有富集功能的手持式电子鼻系统体积小、重量轻，可携带至车内进行快速检测。[3]具有富集功能的手持式电子鼻系统配合上述的低浓度车内气味等级评价方法能够代替人工评价，既减轻了人力物力，又保障了气味评价员的身体健康，避免受到过多VOCs气体的侵蚀。[4]该车内气味等级评价方法能够使电子鼻仪器具有与人相同的气味评价能力，工作性能出色。[5]该车内气味等级评价方法稳定性好，评价结果客观、可靠，避免了人类气味评价员出现的嗅觉疲劳等现象。附图说明图1具有富集功能的手持式电子鼻原理图图2待测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法，包括下列步骤：(1)设计基于吸附剂吸附解吸附原理的富集模块，解吸附的方法是加热，气体富集与电子鼻采样过程包括六个阶段：低温吸附阶段、密闭恢复阶段、加热解吸附阶段、电子鼻检测阶段、吸附管清洗阶段、降温恢复阶段，富集模块与电子鼻检测模块集成在一起组成电子鼻装置。(2)收集不同种类的车内气体作为待测气体；在事先不知道气味等级的情况下，多名受过专业嗅觉培训的气味评价员嗅闻待测气体并分别给出气味等级；然后将气味评价员给出的每袋气体的气味等级进行处理，作为待测气体的气味等级标签，此时的待测气体为带有气味等级标签的低浓度待测气体；(3)对待测气体进行富集和检测；富集模块的气泵抽取带有气味等级标签的低浓度待测气体，气体经过吸附管，目标物质被吸附剂吸附；低温吸附阶段和密闭恢复阶段结束后，快速加热吸附管，吸附管中的吸附剂受热解吸附，目标物质挥发充满富集模块气路空间；当富集模块的加热解吸附阶段运行结束后，电子鼻开始运行，进入电子鼻检测阶段，此时电子鼻吸入的气体是经过富集后的高浓度气体，并得到与气味等级标签对应的传感器阵列响应曲线；富集模块经过清洗和降温环节之后整套系统运行结束；(4)进行低浓度车内气味的评价，先对电子鼻检测数据进行降噪、滤波、归一化预处理操作，然后每条传感器响应曲线取多个特征值，每组数据包含多个特征值和对应的气味等级标签；通过机器学习的方法建立低浓度车内气味评价模型。...

【技术特征摘要】
1.一种基于手持式电子鼻的车内ppb级低浓度气味等级评价方法，包括下列步骤：(1)设计基于吸附剂吸附解吸附原理的富集模块，解吸附的方法是加热，气体富集与电子鼻采样过程包括六个阶段：低温吸附阶段、密闭恢复阶段、加热解吸附阶段、电子鼻检测阶段、吸附管清洗阶段、降温恢复阶段，富集模块与电子鼻检测模块集成在一起组成电子鼻装置。(2)收集不同种类的车内气体作为待测气体；在事先不知道气味等级的情况下，多名受过专业嗅觉培训的气味评价员嗅闻待测气体并分别给出气味等级；然后将气味评价员给出的每袋气体的气味等级进行处理，作为待测气体的气味等级标签，此时的待测气体为带有气味等级标签的低浓度待测气体；(3)对待测气体进行富集和检测；富集...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆浩，程录，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12