产生气味数据的系统和方法及其数据库技术方案

公开了一种包括气味的数字化特征的数据库，该数字化特征包括气味数据，该气味数据包括响应信号，该响应信号是对应于产生响应信号的发生器的第一数据和对应于用于生成响应信号的预定刺激的第二数据的函数，其中数字化特征包括二进制数据，其中响应信号是发生器对预定刺激的可测量响应，预定刺激是发生器中电阻或阻抗的电特性变化的函数。其中产生气味相关响应信号的发生器是在具有多个金属氧化物半导体(MOS)传感器像素的传感器阵列中包含MOS活性材料的传感器像素，该MOS传感器像素具有可暴露于气相环境中的分析物的MOS活性材料，并且预定刺激是一系列预定温度。并且预定刺激是一系列预定温度。并且预定刺激是一系列预定温度。

【技术实现步骤摘要】
产生气味数据的系统和方法及其数据库


[0001]本专利技术总体上涉及使用金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor或MOS)传感器阵列并通过对MOS传感器阵列中的每种金属氧化物活性材料进行温度扫描生成关于在气相环境中的分析物的多维气味信息，更具体地说，它涉及用于从传感器阵列响应信号生成数据库的系统和方法。即，针对数据库结构，生成多维气味信息以进一步用于气味相关应用。

技术介绍

[0002]本专利技术上下文中的术语，气味，不同于人类嗅觉闻到的气味。在本专利技术中，气味是指任何气化或汽化化合物或挥发物，它是那些可以在空气中扩散并可以被生物体或人造传感器感测到的气相分子。这意味着化学分子可以进入气相，然后传感器感测到该化学物的气味，这一现象在本专利技术中也称嗅感(相应于人类嗅觉)。传感器不一定与气味源直接接触。即使产生气味的源头不与传感器接触，传感器也可以感测到其所产生的分子或气化或汽化物，然后通过跟踪气味梯度(即通过检查信号强度)来定位气味源。通常，气味源越近，信号越强。这种策略被昆虫或动物所使用，因为它们通过气味梯度能找到气味的来源。人工嗅觉系统，有时也称为电子鼻，利用一系列气体传感器来检测物体或组合物发出的气体种类及其浓度。物品的气味(aroma，scent，smell，odor)通常是该物品独有的，并且可用作识别该物品的气味指纹。物品的气味可以包括以独特组合方式混合在一起的各种气体。通过将物品的气味暴露给传感器阵列，则可产生气味数据。如将此类气味数据处理成气味信息后(或称气息)，可用于气味识别、监测、跟踪、发现、映射等各个领域。可以出于多种原因对各种气体、挥发性有机化合物(VOC)和其它可在空气传播的物质进行测试。一个例子是通过对人的呼吸气体分析以进行个性化的健康监测。另一个例子是污染筛查和/或监测。其它示例包括环境普查和/或监测、工业过程监测等。多种传感器可在不同程度上用于此类测试。此类传感器的尺寸、设计、材料和操作可能会有所不同
[0003]工业上广泛使用商业人工嗅觉系统来为芳香类产品提供可量化的质量控制参数。例如，工业上可使用人工嗅觉系统来识别一批香水的气味是否与以之前的批次相同，或者奶酪是否老化到适当的程度。对于香水、葡萄酒和奶酪等具有强烈香气的物品，人的鼻子通常不够敏感，无法每天检测到香气中的细微异常。然而，通过使用人工嗅觉系统，可以对这些物品的香气进行量化和科学分析。因此，可以检测到轻微异常并保持更高程度的质量控制。通过人工嗅觉系统识别物品可以有许多应用，然而，这些应用可能需要在几秒钟而不是几分钟的时间范围内完成气味识别，这排除了使用传统的缓慢人工嗅觉系统的可能性。例如，在杂货店，顾客可能会带着苹果来到收银台。苹果没有单独贴上标签，因此收银员很难确定购买的是什么类型的苹果。由于不同种类的苹果价格不同，收银员必须先确定苹果的种类，然后顾客才能为苹果付款。如果可以使用人工嗅觉系统，则可以通过气味来识别苹果。然而，这种人工嗅觉系统必须快速工作并在几秒钟内提供识别。具有快速响应时间的人工嗅觉系统的另一个应用是机场行李检查站。在此类检查站，可以通过气味检查行李件，从
而提供检测非法毒品、爆炸物或其它违禁品的手段。在这样的应用中，每件行李的嗅感检查必须在几秒钟内完成。
[0004]对于诸如识别、监控等的高效气味应用系统，有两件事很重要。一是具有丰富或精细的气味信息指纹，二是有效的数据组织或结构，以便使用人工智能(AI)技术作为简单和更好的比较方法。
[0005]参考专利，美国专利第10,422,771B2号，美国专利第5,675,070A号,美国专利第10,152,116B2号，美国专利第6,895,338B2号，和美国专利第8,726,719B2号,公开了一种用于识别气味或嗅感的系统，然而，其所产生的气味数据并非基于温度扫描。根据上述专利产生的数据不如MOS传感器阵列经温度扫描产生的数据丰富。美国专利US 6,494,077B2公开了关于传感器类型的温度扫描数据。然而，它没有公开任何气味数据库或气味数据模式公式或任何已知气味的标准化数据库，以便将人工智能(AI)或数学方法或模式识别方法用于快速气味识别应用。美国专利US 10,330,624B2公开了关于传感器类型的温度扫描。然而，它没有公开用于各种气味相关应用的气味数据的任何多维气味信息。
[0006]用于检测流体，例如烟雾、气体和液体，中的多种分析物的技术和装置是众所周知的。这类装置通常包括传感器阵列，在分析物存在的情况下，这些传感器产生独特的输出特征。使用模式识别算法，可以将输出特征(例如电响应)与特定分析物或物质混合物的已知输出特征相关联并进行比较。通过将未知特征与存储或已知特征进行比较，可以检测、识别和量化分析物。此类检测装置的示例可在如下美国专利中找到：如美国专利第5,571,401号，美国专利第5,675,070号，美国专利第5,697,326号，美国专利第5,788,833号，美国专利第5,807,701号，和美国专利第5,891,398号，但是它们是基于来自每个传感器的气味数据的个别图谱或特征。它们都没有公开用于有效地使用模式识别或机器学习或图像处理或人工智能(AI)或数学方法的数据库的任何结构。
[0007]通常，大多数技术依赖于用预定模式识别算法来分析数据以便将已知个体特征与未知个体特征进行比较从而检测和识别未知分析物。然而，这些技术通常很麻烦且耗时，尤其是当数据库对应于大数据时。许多方法还需要高度手动的数据处理技术。此外，每个算法必须经常需要手动输入才能与已知特征一起使用。此外，还有许多必须经常使用的不同类型算法。这些不同的算法通常彼此不兼容，并且不能以无缝且具有高成本效益的方式使用。为了有效地实施嗅感应用，例如气味的识别、监测、发现、跟踪或映射，必须认识到来自每个传感器像素的个体响应信号必须以有效的方式进行组织或格式化以生成气味数据的数据库，从而快速地处理所输入气味数据与存储在中央数据库中的标准气味信息进行比较或找出关联性。
[0008]结构化数据是高度组织的并且易于被机器语言理解。它以某种方式组织，因此可以在关系型数据库中轻松搜索。非结构化数据没有预定义的格式或组织，这使得收集、处理和分析变得更加困难。使用结构化数据库，可以相对快速地执行结构化数据的输入、搜索和操作。这是结构化数据最吸引人的特性。结构化数据的常见示例是Excel文件或结构化查询语言(SQL)数据库。SQL，一种结构化查询语言，是一种用于编程的领域特定语言，旨在管理关系型数据库管理系统(RDBMS)中保存的数据，或用于关系型数据流管理系统(RDSMS)中的数据流处理。它在处理结构化数据时特别有用，即包含实体和变量之间关系的数据。与读写应用程序间期(API)(例如索引顺序访问方法(ISAM)或虚拟存储访问方法(VSAM))相比，SQL
提供了三个主要优势。首先，它引入了用一个命令访问多个记录的概念。其次，它消除了指定如何到达记录的需要，例如有或没有索引。最后，SQL使用人类可读的语法，使用户无需长期的技术培训即可快速提高工作效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据库，包括气味的数字化特征，该数字化特征包括气味数据，该气味数据包括响应信号，该响应信号是对应于产生响应信号的发生器的第一数据和对应于用于产生响应信号的预定刺激的第二数据的函数；其中，数字化特征包括二进制数据；并且其中响应信号是发生器对预定刺激的可测量响应，所述刺激是发生器的电阻或阻抗的电特性变化的函数。2.如权利要求1所述的数据库，其中产生响应信号的发生器是在具有多个MOS传感器像素的传感器阵列中包含金属氧化物半导体(MOS)活性材料的传感器像素，所述MOS活性材料选自具有下列成员的MOS活性材料组：SnO2、V2O5、WO3、ZnO、TeO2、TiO2、CuO、CeO2、Al2O3、ZrO2、V2O3、Fe2O3、Mo2O3、Nd2O3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5、In2O3、GeO2、ITO、或它们的组合。3.根据权利要求1所述的数据库，其中具有多个MOS传感器像素的MOS传感器阵列中的一个或多个MOS传感器像素可以由相同的MOS活性材料构成并且可以同时被加热到不同的温度以便以更有效的方式检测来自分析物的响应信号，其中分析物包括挥发性有机化合物(VOC)、烟雾或气化或汽化的固体。4.根据权利要求1所述的数据库，其中，所述预定刺激是一系列预定温度，其落在100℃到500℃之间的温度范围内，增量为20℃或更小，并且所述温度范围由具多个MOS传感器像素的传感器阵列中的一个或多个单独的MOS传感器像素所实现。5.如权利要求1所述的数据库，其中所述气味数据以计算机可读阵列格式排列并包括数据结构，其中置于第一向量的第一数据是对应于产生响应信号的具MOS活性材料的发生器和置于第二向量的第二数据是对应于预定刺激，并且响应信号的对应值位于第一向量与第二向量的交点处。6.如权利要求1所述的数据库，还包括与气味数据相关联的嗅感条件数据。7.如权利要求6所述的数据库，其中与气味数据相关联的嗅感条件数据包括气味数据的来源、环境湿度、地理位置座标、地理位置的温度数据以及产生气味数据的日期和时间。8.如权利要求7所述的数据库，其中，所述地理位置座标对应于经度、纬度和高度。9.权利要求1的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏星，吴开原，
申请(专利权)人：吴开原，
类型：发明
国别省市：