CN101738453A - 一种仿生人鼻气体室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生人鼻气体室，属于机械工程领域。其包括：传感器(3)设置于气体腔(1)内部上方，被测气体采集接口(4)安装于气体腔(1)进气端，安装于气体腔(1)尾部的风机(2)为被测气体的流动提供动力；气体腔(1)具有仿人鼻内腔结构，其包括过渡段(5)和出口段(6)，过渡段(5)的上下内腔均为弧线，出口段的上下内腔均为与进气口(7)呈24°～26°、4.5°～5.5°的直线，两直线向进气口方(7)向延伸，分别与气体腔的过渡段(5)的上下内腔的弧线相交。本发明具有分别采集酒类、肉类、蔬菜类的气味信息的功能。具有结构简单、便于安装、成本低廉、易推广使用。
Description
技术领域
本发明的仿生人鼻气体室涉及一种电子鼻系统气体室，属于机械工程领域。
背景技术
生物在吸气时，气味分子通过对流和扩散作用到达嗅觉细胞，从而产生嗅觉，此过程涉及几个影响因素，如鼻腔结构、气流速度场、气味分子在空气和粘膜层中的扩散性和吸附性等。研究人员从不同角度提出了很多理论模型，其中大多数研究集中在气味分子在粘膜层中扩散、吸收和嗅觉细胞的反应过程，很少涉及到鼻腔结构和气味分子在传输过程中的联系。这也导致了目前大多数电子鼻系统的研究集中在神经网络算法和传感器阵列上，很少涉及到气体室结构和气味分子在传输过程中的影响。
研究表明，鼻腔结构和鼻腔流场对生物嗅觉反映具有显著的影响。通过对人体鼻腔结构进行三维建模，结合分子扩散模型，对人体鼻腔流场进行动态数值模拟，以揭示鼻腔结构对嗅觉反应的影响。研究得出，鼻孔到嗅觉区的距离、吸气速度和鼻流道形状都会对鼻腔的流场产生影响，从而影响嗅觉的产生。
发明内容
本发明从人体嗅觉系统出发，充分考虑鼻腔结构对气味分子在传输过程的影响，设计了一种仿生人鼻气体室，并以大量虚拟实验和实体实验为基础，优化得出了气体室各项参数。
本发明主要是通过下述技术方案得以实现，结合附图说明如下：
本发明的一种仿生人鼻气体室，包括气体腔1、风机2、传感器3和被测气体采集接口4，其特征在于，传感器3设置于气体腔1内部上方，被测气体采集接口4安装于气体腔1进气端，安装于气体腔1尾部的风机2为被测气体的流动提供动力，所述气体腔1具有仿人鼻内腔结构，其包括过渡段5和出口段6，过渡段5的上下内腔均为弧线，出口段的上下内腔均为与进气口7呈24°～26°、4.5°～5.5°的直线，两直线向进气口方7向延伸，分别与气体腔的过渡段5的上下内腔的弧线相交。
该仿生气体室根据人体鼻腔结构设计而成，可接气体腔的气道通过改变进气口到传感器的距离，再配合调速风机2的抽气扇的速度调节，可使气体室的气流环境发生改变。
本发明还可以通过调节进气口到传感器的距离和风机2的抽气扇的速度，分别实现采集酒类、肉类、蔬菜类的气味信息的功能。
本发明的技术效果：本发明能有效提高传感器周围检测物质气味分子浓度，利于提高信号采集的灵敏度。本发明通过选择不同的被测气体采集接口，调节气体流动参数解决了同一气体室稳定采集多物质气味信号问题，具有分别采集酒类、肉类、蔬菜类的气味信息的功能。其结构简单、便于安装、成本低廉、易推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明气体腔的结构示意图。
图3(a)是被测气体采集接口I。
图3(b)是被测气体采集接口II。
图3(c)是被测气体采集接口III。
图中：1.气体腔 2.风机 3.传感器 4.被测气体采集接口 5.过渡段 6.出口段 7.进气口 8.抽气口 9.过渡段与出口段分割线
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及其实施过程。
参阅图1、2，本发明包括气体腔1、风机2、传感器3和被测气体采集接口4，传感器3设置于气体腔1内部上方，被测气体采集接口4安装于气体腔1进气端，安装于气体腔1尾部的风机2为被测气体的流动提供动力，所述气体腔1模仿人鼻结构进行设计，具有仿人鼻内腔结构，其包括过渡段5和出口段6，过渡段5的上下内腔均为弧线，出口段的上下内腔均为与进气口7呈24°～26°、4.5°～5.5°的直线，两直线向进气口方7向延伸，分别与气体腔的过渡段5的上下内腔的弧线相交。
所述的过渡段5的上内腔弧线这样确定：取夹角为93°～96°的两条相交线段，长度均为进气口7横截面直径h的3.8～4.2倍，其中一条与进气口7平行，另一条与进气口7呈83°～86°，中间过渡段为两直线的最大外接圆的弧线；所述的过渡段5的下内腔弧线这样确定：取夹角为119°～121°两条相交线段，长度均为进气口7横截面直径h的0.9～1.1倍，其中一条与进气口7平行，另一条与进气口7呈59°～61°，中间过渡段为两直线的最大外接圆的弧线；风机端的抽气口8的横截面直径为进气口横截面直径h的1.4～1.6倍，且与进气口横截面垂直。
所述的被测气体采集接口4管道的长度分别为传感器3到进气口7垂直距离b的1/5，1/3和1/2。
气体腔1尾部的风机2为可调速风机，控制进气口气体流速为0.5～3.0m/s。
本发明的气体腔1模仿人鼻结构进行设计，气体腔1传感器3位于气体腔内部上方，可接气体腔1的进气管道4安装于气体腔1的进气口7处，气体腔1尾部安装有可调速抽气的风机2。检测气体时，根据被检测样品的性质，选择特定的被测气体采集接口4的管道，并调节特定的抽气风机2转速。此气体室1有3个可接被测气体采集接口4的管道，并可调节3个不同档的风机2的抽气扇转数，通过配合不同的被测气体采集接口4的管道和风机流速，该气体室1可以实现分别监测肉类、蔬菜类和酒类气味的功能。被测气体采集接口4的管道和抽气扇功率都分有高、中、低3个档次。最短的被测气体采集接口4的管道与最低的抽气扇转速相配合适用于酒类气味的测量；中等长度的可接气体腔1进气口7的管道与中等的抽气扇转速相配合适用于肉类的气味测量；最长的可接气体腔1进气口7的管道与最高的抽气扇转速相配合适用于蔬菜类的气味测量。
Claims (4)
1.一种仿生人鼻气体室，包括气体腔(1)、风机(2)、传感器(3)和被测气体采集接口(4)，其特征在于，传感器(3)设置于气体腔(1)内部上方，被测气体采集接口(4)安装于气体腔(1)进气端，安装于气体腔(1)尾部的风机(2)为被测气体的流动提供动力，所述气体腔(1)具有仿人鼻内腔结构，其包括过渡段(5)和出口段(6)，过渡段(5)的上下内腔均为弧线，出口段的上下内腔均为与进气口(7)呈24°～26°、4.5°～5.5°的直线，两直线向进气口方(7)向延伸，分别与气体腔的过渡段(5)的上下内腔的弧线相交。
2.根据权利要求1所述的一种仿生人鼻气体室，其特征在于，所述的过渡段(5)的上内腔弧线这样确定：取夹角为93°～96°的两条相交线段，长度均为进气口(7)横截面直径h的3.8～4.2倍，其中一条与进气口(7)平行，另一条与进气口(7)呈83°～86°，中间过渡段为两直线的最大外接圆的弧线；所述的过渡段(5)的下内腔弧线这样确定：取夹角为119°～121°两条相交线段，长度均为进气口(7)横截面直径h的0.9～1.1倍，其中一条与进气口(7)平行，另一条与进气口(7)呈59°～61°，中间过渡段为两直线的最大外接圆的弧线；风机端的抽气口(8)的横截面直径为进气口横截面直径h的1.4～1.6倍，且与进气口横截面垂直。
3.根据权利要求1所述的一种仿生人鼻气体室，其特征在于，所述的被测气体采集接口(4)管道的长度分别为传感器(3)到进气口(7)垂直距离b的1/5，1/3和1/2。
4.根据权利要求1所述的一种仿生人鼻气体室，其特征在于，气体腔(1)尾部的风机(2)为可调速风机，控制进气口气体流速为0.5～3.0m/s。
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