文档介绍：电子鼻
电子鼻技术概况
电子鼻将气味识别为一个整体, 在单个嗅觉图象中揭示不同分子种类的综合作用。它与人和动物的鼻子一样, “闻到”的是目标物的总体气息。电子鼻技术的研究涉及材料、精密制造工艺、多传感器融合、计算机、应用数学以及各具体应用领域的科学与技术,具有重要的理论意义和应用前景。

80 年代初期, 在科技文献中出现了“电子鼻”这个技术术语。“电子鼻”的概念, 最早是1982 年英国Warwick 大学的Persand 和Dodd教授模仿哺乳动物嗅觉系统的结构和机理, 对几种有机挥发气体进行类别分析时提出来的。
1989 年在北太西洋公约组织的一次关于化学传感器信息处理会议上对电子鼻做了如下定义: “电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。
随后, 于1990 年举行了第一届电子鼻国际学术会议。电子鼻是目前世界上的热点研究课题。第一台商业化的“电子鼻”于1994 年诞生。

传统的电子鼻气味识别的基本原理是: 气体传感器i 对气味j 的响应是一个与时间相关的电信号, 工作时采集气体传感器的稳态响应值vij , 由n个传感器组成的阵列对气味的响应是n 维状态空间的一个向量v( n) = ( v1 j , v2j , vnj ) , 实验m 次, 则得到一个m×n 的矩阵。利用这组数据即可进行气味的识别。此方法最大的缺陷是: 当电子鼻系统确定后,每次实验所得到的关于被测气体的信息就是一个确定的n 维向量, 只能提供很有限的被测气味的信息,制约了识别精度的进一步提高。
电子鼻技术原理
电子鼻动态信息识别方法的基本原理是: 设计动态加热电路, 使得气体传感器工作在一个不断改变的温度范围( t1 , t2 ) 内, 实时采集气体传感器在动态变化的温度下的响应值, 同时采集与之对应的温度值, 因为气体传感器的响应值和温度之间的关系是非线性的, 这样一次测量就可以得到一个s ×n 距阵。这极大的增加了被测气体的有用信息量,具有更高的识别准确率和识别效率。

电子鼻系统的组成结构
该系统由集成气体传感器阵列、集成气体传感器阵列信号预处理模块、NI 数据采集卡、计算机( 完成加热电路数据采集的控制, 数据的存储, 模式识别) 等几部分组成。
该集成气体传感器阵列由集成在Al2O3 基底上的三个单一气体传感器和两个用于保证传感器工作温度的加热器构成, 气体传感器为基于SnO2 的金属半导体敏感层,敏感机理为被检测气体吸附造成的半导体敏感层电导率的变化。加热器及电极由铂层组成, 同时, 加热器也可分别作为温度传感器使用。

由于气体传感器对不同气体, 以及同种气体不同浓度的响应具有较大的差异, 因此要求系统具有较大的动态响应范围, 同时, 对确定位数的A/ D 转换系统, 动态响应范围增大, 又会降低分辨率, 因此设计准确、有效的气体传感器信号拾取电路是电子鼻系统分析的前提和关键。
单路气体传感器信号拾取电路原理图
图中Rsensor 为气体传感器的电阻, R1 为一定值反馈电阻, R2 表示三端可调电阻的有效电阻,R3 、C1 构成低通滤波器, 给气敏传感器两端施加的是由稳压二极管提供的参考电压Vref。模拟输出信号Vani 引入数据采集卡。图中R1 、R2 以及运算放大器构成反向放大电路。
S 为气体传感器响应信号, 则S 值与气敏传感
器电阻值RSensor成正比。因为R1 , R2 给定, 测得Vani
就可得到气体传感器对被测气体产生的响应值。