CN104698037A - 基于生物嗅觉的电子鼻 - Google Patents
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Abstract
本发明通过研究鼻道结构对生物嗅觉的影响,构造了装有传感器阵列的电子鼻流道和控制装置,实现了嗅觉区域气体流量和气味分子浓度的主动控制,提高了嗅觉灵敏度。其特征在于：根据生物嗅觉系统的混沌性质在嗅觉感知中所起的关键作用,构建了更接近生物嗅觉的混沌优化神经网络算法,使电子鼻系统更具仿生特性,实现了电子鼻动态检测的目标。
Description
技术领域
本发明属于一种基于仿生嗅觉技术的装置，是结合仿生学、生物学、电子、混沌理论、控制技术的设备。
背景技术
随着人类对嗅觉过程理解的不断加深以及传感器技术的不断发展，电子鼻技术应运而生。在20世纪80年代初期，Zaromb和Stetter首先探讨了应用传感器阵列理论基础，并将阵列用于检测易燃、有毒气体。电子鼻是适用于许多系统中测量一种或多种气味物质的气体敏感系统。与传统的气味分析技术，如气相色谱法（Gas Chromatography，GC）、质谱法（Mass Spectroscopy，MS）、火焰离子化检测（Flame Ionization Detection，FID）等相比，具有快捷、简便、经济等优点，因此广泛应用于食品、医药、农业、环境监控及公共安全等领域。
生物嗅觉系统的性能是相当出色的,目前的电子鼻还不能完全取代实际生产和生活过程中生物鼻的作用,但这方面的研究毕竟已迈出了重要的一步,并在某些行业中得到应用。一方面,现在的电子鼻只是简单的电子元器件组装,没有从仿生的观点出发,特别是从生物嗅觉结构出发设计电子鼻;另一方面,现有嗅觉识别软件只是简单的算法,没有从嗅觉智能出发设计软件。从生物嗅觉原理出
发设计电子鼻是电子鼻研究的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于：构造一种电子鼻流道和控制装置, 实现嗅觉区域气体流量和气味分子浓度的主动控制,提高嗅觉灵敏度。
根据生物嗅觉系统的混沌性质在嗅觉感知中所起的关键作用,构建了更接近生物嗅觉的混沌优化神经网络算法,使电子鼻系统更具仿生特性,实现了电子鼻动态检测的目标。
本发明基于生物嗅觉的电子鼻由硬件和识别软件两部分组成。硬件包括气室、鼻流道、数据采集器、计算机。在系统模式识别中使用最广泛的是神经网络算法，尤其是其中的误差反向传播算法，即BP算法。通过研究Freeman的电生理实验结果及嗅觉神经网络模型发现,混沌性质在嗅觉感知中起着关键作用,因此,提出使电子鼻具有仿生特性的混沌神经网络模式识别算法(简称混沌神经网络算法)。为了克服BP算法收敛速度慢和易陷入局部极小的缺陷,根据混沌运动的特点和混沌性质在生物嗅觉感知中的作用,在神经网络连接权的动力学方程中引进一非线性反馈项,使网络在权空间具有混沌动力学行为。
附图说明
图1鼻流道结构示意图：
图1中，1—鼻孔(共2个)；2—鼻流道；3—传感器阵列（共4个）；4—节气门；5—风扇。
具体实施方式
在图1中可以看到，鼻流道孔仿生物的鼻孔，是测试有味气体的入口；风扇仿生物的肺，把测试有味气体吸入鼻道；在鼻流道壁上安置8只气敏传感器构成传感器阵列，仿生物鼻道中的嗅细胞，传感器阵列由8只SnO2气敏传感器（TGS812、TGS813、TGS821、TGS822、TGS824、TGS822TF、TGS825、TGS880）组成；节气门用于调节吸入鼻流道气体的流量，仿生物的不同吸气速度。样本室是一个带门的容器，测试时将样本放入样本室，由于风扇的作用，使样本的挥发性气体通过输气管抽到鼻流道，气体与鼻流道内传感器阵列作用产生信号。采用数据采集器把采集到的数据通过USB接口送到计算机中形成数据文件，供软件进一步处理。
由于混沌运动具有遍历性、随机性和规律性的特点,能在一定范围内按其自身规律不重复地遍历所有状态,故而本发明所用混沌神经网络算法可克服一般随机算法中以分布遍历性的机制进行搜索所带来的局限性。为了克服BP算法收敛速度慢和易陷入局部极小的缺陷,根据混沌运动的特点和混沌性质在生物嗅觉感知中的作用,在神经网络连接权的动力学方程中引进一非线性反馈项,使网络在权空间具有混沌动力学行为。
Claims (4)
1.一种基于生物嗅觉的电子鼻，其特征在于：根据生物嗅觉系统的混沌性质在嗅觉感知中所起的关键作用,构建了更接近生物嗅觉的混沌优化神经网络算法,使电子鼻系统更具仿生特性,实现了电子鼻动态检测的目标，并实现了嗅觉区域气体流量和气味分子浓度的主动控制,提高了嗅觉灵敏度。
2.根据权利要求1所述基于生物嗅觉的电子鼻，其特征在于，体现了生物嗅觉系统的混沌性质在嗅觉感知中所起的关键作用。
3.根据权利要求1所述基于生物嗅觉的电子鼻，其特征在于，构建了更接近生物嗅觉的混沌优化神经网络算法。
4.根据权利要求1所述基于生物嗅觉的电子鼻，其特征在于，实现了嗅觉区域气体流量和气味分子浓度的主动控制。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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| CN104698037A true CN104698037A (zh) | 2015-06-10 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104698037A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108333315A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-07-27 | 吉林大学 | 一种具有仿生导流结构与可变位传感器的气体探测器 |
| CN110596199A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-12-20 | 安徽康佳同创电器有限公司 | 一种电子鼻、气味识别方法及存储介质 |
| CN111024776A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-17 | 安徽康佳同创电器有限公司 | 一种电子鼻、气味识别方法及存储介质 |
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2013
- 2013-12-09 CN CN201310655330.XA patent/CN104698037A/zh active Pending
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| CN108333315B (zh) * | 2018-04-10 | 2023-10-17 | 吉林大学 | 一种具有仿生导流结构与可变位传感器的气体探测器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150610 |