工作原理
電子鼻主要由氣敏傳感器陣列、信號預處理和模式識別三部分組成。某種氣味呈現在一種活性材料的傳感器面前,傳感器將化學輸入轉換成電信號,由多個傳感器對一種氣味的響應便構成了傳感器陣列對該氣味的響應譜。顯然,氣味中的各種化學成分均會與敏感材料發生作用,所以這種響應譜為該氣味的廣譜響應譜。為實現對氣味的定性或定量分析,須將傳感器的信號進行適當的預處理(消除噪聲、特征提取、信號放大等)后采用合適的模式識別分析方法對其進行處理。理論上,每種氣味都會有它的特征響應譜,根據其特征響應譜可區分小同的氣味。同時還可利用氣敏傳感器構成陣列對多種氣體的交叉敏感性進行測量,通過適當的分析方法,實現混合氣體分析。
電子鼻正是利用各個氣敏器件對復雜成分氣體都有響應卻又互不相同這一特點,借助數據處理方法對多種氣味進行識別,從而對氣味質量進行分析與評定。
電子鼻識別的主要機理是在陣列中的每個傳感器對被測氣體都有不同的靈敏度,例如,一號氣體可在某個傳感器上產生高響應,而對其他傳感器則是低響應;同樣,二號氣體產生高響應的傳感器對一號氣體則不敏感,歸根結底,整個傳感器陣列對不同氣體的響應圖案是不同的,正是這種區別,才使系統能根據傳感器的響應圖案來識別氣體。
電子鼻的工作可簡單歸納為:傳感器陣列-信號預處理-神經網絡和各種算法-計算機識別(氣體定性定量分析)。從功能上講,氣體傳感器陣列相當于生物嗅覺系統中的大量嗅感受器細胞,神經網絡和計算機識別相當于生物的大腦,其余部分則相當于嗅神經信號傳遞系統。
電子鼻技術響應時間短、檢測速度快,不像其它儀器,如氣相色譜傳感器、高效液相色譜傳感器需要復雜的預處理過程;其測定評估范圍廣,它可以檢測各種不同種類的食品;并且能避免人為誤差,重復性好;還能檢測一些人鼻不能夠檢測的氣體,如毒氣或一些刺激性氣體,它在許多領域尤其是食品行業發揮著越來越重要的作用。并且目前在圖形認知設備的幫助下,其特異性大大提高,傳感器材料的發展也促進了其重復性的提高,并且隨著生物芯片、生物技術的發展和集成化技術的提高及一些納米材料的應用,電子鼻將會有更廣闊的應用前景。
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