一种伏安型电子舌制造技术

本发明专利技术公开了一种伏安型电子舌，包括传感器阵列、硬件电路和智能算法分析软件，其特征在于：传感器阵列由工作电极、辅助电极和参比电极组成，辅助电极排列在各个工作电极的中间；硬件电路包括信号激发单元、信号调理单元和数据采集单元；智能算法分析软件包括传感器通道参数设置模块、测试模块、样品数据库信息模块、传感器智能清洗模块、激励信号参数设置模块、数据保存模块以及帮助模块。本发明专利技术独创地针对检测体系的特点改变检测脉冲信号，获得的检测信息大，检测结果准确性高、适用的检测范围广，且操作方便，样品不需要任何前处理，检测时间短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于电化学检测、用于区分液体样品整体性质差异的伏安型电子 舌。
技术介绍
电子舌是一种利用低选择性、非特异性，交互敏感的多传感阵列感测液体样品的 整体特征响应信号，通过信号模式识别处理或合适的多元统计分析方法，对样品进行定性 定量分析的一类新型现代化分析仪器。它模拟生物体感受味觉的机制，通过传感器阵列 (相当于生物系统中的舌头)感受不同的化学物质，采集各种不同的信号信息输入电脑。电 脑代替了生物系统中的大脑功能，通过软件进行分析处理，区分辨识不同性质物质的整体 特征。传感器阵列中每个独立的传感器具有交互敏感作用，并非只感受一个化学物质，而是 感受一类化学物质，在感受某类特定的化学物质的同时，还感受一部分其它性质的化学物 质，这一特征特别适用于样品的无损、实时、快速、整体特征智能检测以及整体质量品质特 征分析，产品真伪辨识等方面的应用。日本九州大学的Kiyoshi Toko教授课题组以PVC薄膜修饰脂质体的人工味觉传 感器系统由于采用修饰型电位传感器组成传感器阵列，采集传感器的电势信号作为检测信 号。这就不可避免的存在着电位型传感器响应信号信噪比低，传感器修饰制作困难，使用寿 命短等缺陷。瑞典Link^ping大学的Ingemar Lundstr0m研究小组成功开发的基于金属裸电极和伏安法的电子舌系统采用了非修饰金属裸电极作为传感器组成传感器阵列，伏安法 作为检测方法。伏安法解决了电位型传感器信噪比低的问题，非修饰金属裸电极传感器也 解决了修饰电极制作困难和使用寿命的问题。但是，这种电子舌系统同时也存在对非氧化 还原组分体系响应比较弱、后端数据处理方法复杂、提取有用信息相对比较困难等缺点。中国专利申请200710068869. X公开了一种电子舌，包括传感器阵列，信号激励采 集装置，智能分析单元。信号激励采集装置能产生多频率段的大幅脉冲信号，但它产生激励 信号单一，无法根据不同的检测物质体系进行灵活的调节信号，使得检测信号也相对单一， 结果准确率不高，适用范围小。以上所述电子舌还存在需要前处理、操作复杂、耗时久以及不容易实现实时检测 的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种可以根据不同检测体系改变激 励信号，实现脉冲弛豫组合谱的新型伏安型电子舌。本专利技术通过以下技术方案实现上述目的一种伏安型电子舌，包括传感器阵列、硬件电路和智能算法分析软件，其特征在 于传感器阵列由工作电极、辅助电极和参比电极组成，辅助电极排列在各个工作电 极的中间；硬件电路包括信号激发单元、信号调理单元和数据采集单元；其中激发单元由函 数信号发生电路、脉冲调制电路、随机信号发生电路、调频电路、调幅电路组成，负责产生检 测物质体系所需的激励信号；调理单元由反向放大器模块、多通道切换模块、恒电位模块、 脉冲数字信号调节模块组成，负责根据不同检测物质体系的需要，调整脉冲信号，加以组 合；数据采集单元由A/D转换电路、数据读取的实现电路、数据转换时序电路、数据缓存转 换电路组成，负责采集被检测物质对于激励信号的响应信号；智能算法分析软件包括传感器通道参数设置模块、测试模块、样品数据库信息模 块、传感器智能清洗模块、激励信号参数设置模块、数据保存模块以及帮助模块。传感器阵列作为电子舌三个主要组成部分之一，对电子舌的构建有着极其重要的 作用。基于电子舌最初的设计原理以及实践证明，电子舌传感器阵列具有以下两个特征 (1)组成传感器阵列的传感器应该具有一定的交互敏感性或是低选择性、非特异性。传感器 的交互敏感和低选择、非特异性均指同一意思，即组成传感器阵列的传感器能够对溶液中 的大量分析组分产生重复稳定的响应，而不是针对某个组分高选择的响应。这一特征与传 统的离子选择性电极多组分同时测定时的高选择性、特异性传感器有着明显的区别。(2)传 感器阵列中的不同传感器采集的信号之间应该具有部分相关性，但不是完全相关，使得传 感器阵列能够产生类似于色谱图的结果。这就要求传感器阵列能够采集尽可能多的信息， 并且这些信息能够组合在一起处理，给出检测溶液的整体特征。本专利技术的传感器阵列是由工作电极、辅助电极和参比电极组成，辅助电极排列在 各个工作电极的中间，确保每个工作电极与辅助电极的距离相等，可以消除不同工作电极 由溶液电阻产生的背景干扰因素。硬件电路由信号激发单元、信号调理单元以及数据采集单元组成。其中，激发单元 负责产生检测物质体系所需的激励信号；调理单元负责根据不同检测物质体系的需要，调 整脉冲信号，加以组合；数据采集单元负责采集被检测物质对于激励信号的响应信号。智能算法分析软件安装于计算机，通过分析电子舌系统数据采集单元获得的数 据，得到脉冲弛豫组合谱中脉冲强度(h)、脉冲时间(tl)、脉冲间隔(t2)、基线漂移量(P) 等基本参数，再针对不同分析体系及体系中特定成份的基本性质，以独立的物理脉冲曲线 为基元模式，灵活设计独立脉冲弛豫曲线Si，构成多种多样的脉冲弛豫组合谱S，再将该组 合谱包含的检测信号反馈至信号调理单元，改变检测信号参数，再次进行分析检测，最终达 到揭示一个混合体系的某些内在性质，从而实现分析和表征体系整体属性特征及解析特定 成分的目的。智能分析算法主要为模式识别或多元统计算法结合，包括PCA (主成分分析法)、 DFA(判别因子分析法)、ICP(独立成分分析法)等。不同物理体系中的不同物质成份，对于同一种瞬时物理脉冲作用表现的弛豫行为 是不同的。本专利技术电子舌所特有的硬件电路可以对物理脉冲进行调整，得到不同的物理脉 冲及其组合，就可以得到特定体系特有的复杂信息，从而进行检测、分析。本专利技术独创地针对检测体系的特点改变检测脉冲信号，即根据不同的检测体系， 在预先进行常规多频脉冲检测后，通过智能分析方法软件，得到该体系的相关检测特点，并根据相应特点，设置相应的脉冲信号的脉冲强度、脉冲时间、脉冲间隔、基线漂移量等参数， 构成检测体系唯一的组合脉冲谱，再通过信号调理单元的脉冲数字信号调节模块进行相应 调整，然后通过信号激发单元激发该组合谱，对检测体系进行深一步分析检测。因此，本专利技术优点在于不仅操作方便，不需要任何前处理，检测时间短，而且可以 根据不同的检测物质体系进行灵活的更改激励信号，获得的检测信息大，检测结果准确性 高、适用的检测范围广。说明书附1是本专利技术电子舌的传感器阵列；图2是附图说明图1传感器阵列的仰视图；图3是硬件电路的结构示意框图；图4是脉冲弛豫组合谱；图5是本专利技术对不同茶饮料的区分辩识结果图；图6是本专利技术对不同白酒的区分辩识结果图。具体实施例方式本实施方式的伏安型电子舌，包括传感器阵列、硬件电路和智能算法分析软件。如图1和图2所示传感器阵列，由工作电极1、辅助电极2和参比电极3组成， 辅助电极2排列在各个工作电极1的中间。参比电极3为钼电极。传感器阵列的直径为 Φ 14-16mm,长度80_90mm。工作电极和辅助电极为Φ l_2mm的圆盘电极，参比电极为1 X 5mm 的金属柱电极，所有电极有效金属柱的长度为6-8mm，周围由聚四氟乙烯4包裹固定。电极 的另一端由2X 14mm铜柱5引出，铜柱5与特定金属柱之间由铜丝6连接。采用这种方式 构建的传感器阵列，相对金属丝电极作为传感器，工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伏安型电子舌，包括传感器阵列、硬件电路和智能算法分析软件，其特征在于：传感器阵列由工作电极、辅助电极和参比电极组成，辅助电极排列在各个工作电极的中间；硬件电路包括信号激发单元、信号调理单元和数据采集单元；其中激发单元由函数信号发生电路、脉冲调制电路、随机信号发生电路、调频电路、调幅电路组成，负责产生检测物质体系所需的激励信号；调理单元由反向放大器模块、多通道切换模块、恒电位模块、脉冲数字信号调节模块组成，负责根据不同检测物质体系的需要，调整脉冲信号，加以组合；数据采集单元由Ａ／Ｄ转换电路、数据读取的实现电路、数据转换时序电路、数据缓存转换电路组成，负责采集被检测物质对于激励信号的响应信号；智能算法分析软件包括传感器通道参数设置模块、测试模块、样品数据库信息模块、传感器智能清洗模块、激励信号参数设置模块、数据保存模块以及帮助模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田师一，邓少平，
申请(专利权)人：杭州晟迈智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]