CN107991352A - 一种识别人体气味的电子鼻设备及测试方法 - Google Patents

一种识别人体气味的电子鼻设备及测试方法 Download PDF

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郑雁公
李晗宇
简家文
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Ningbo University
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Abstract

本发明涉及一种识别人体气味的电子鼻设备及测试方法，属于气味识别技术领域。本发明的电子鼻设备包括可穿戴端和数据显示保存装置，可穿戴端包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，所述数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。本发明的可穿戴式气体传感器阵列具有体积小，成本低，可连续实时测量等优点。

Description

一种识别人体气味的电子鼻设备及测试方法
技术领域
本发明涉及气味识别领域，更具体地说，是涉及一种基于气体传感器阵列的识别人体气味的电子鼻设备及测试方法。
背景技术
近些年来，气体传感技术在生物医学检测和穿戴式电子设备方面的应用研究得到快速的发展和革新。尤其是在健康医疗领域，基于穿戴式气体传感器及其阵列对人体气味信号的实时监测和采集分析能够判断人体健康状况与实时状态，具有现实意义与应用价值。
人体气味的主要来源包括呼吸气体，皮肤汗液，人体排泄物等。皮肤汗液所产生的气体是人体气味的主要成分，主要是由免疫系统中腺体分泌的汗液在空气中挥发而产生。目前在皮肤汗液挥发气体中已检测出200多种挥发性有机化合物(VOCs)，包括醇类，醛类，酮类，胺类，有机酸，碳氢化合物等。
人体皮肤汗液中所包含的有机化合物的种类和含量，反映了每个人的所独有的生理信息，比如疾病，年龄，性别，行为，情绪，饮食习惯和健康状况等。已经有研究表明每个人汗液挥发所形成的人体气味具有唯一性和特异性，因此对人体气味的检测可以作为个人的身份信息进行识别。
针对人体皮肤气味识别的研究，目前主要采取的是离线检测方法，即在人体上采集汗液标本，在一定情况下采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定其中的VOCs气体种类和含量。质谱联用的方法是成本较高，设备较大，分析时间长，因此无法普及。。
目前对于利用电子鼻对人体气味识别方面鲜有报道，主要存在以下问题：(1)由于人体气味中VOCs含量较少，因此需要气敏材料对VOCs具有较高灵敏度。(2)人体汗液挥发时会伴随着大量水蒸气，湿度对传感器具有较大的干扰。(3)人体气味的实时测试方法不明确，人体在静止状态下只有微量汗液，传感器很难产生响应，但运动量过大情况下，大量汗液会冲洗气敏材料。(4)由于在测试过程中，传感器信号是在动态变化中，需有有效的特征参量提取方法。(5)缺少有效的识别算法，常用的主成分分析方法在无监督分类方面，其准确性主要取决于数据组的大小。
发明内容
本发明的目的是克服现有离线检测方法成本高、设备大、测试过程麻烦，以及电子鼻技术在人体气味检测方面的问题和难点，提供了一种成本低廉、方便佩戴、可以有效识别人体气味的电子鼻设备及其测试方法。本发明通过下列技术方案来实现：
一种识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
所述数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
本发明的可穿戴式气体传感器阵列具有体积小，成本低，可连续实时测量等优点。
作为优选，所述柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
作为优选，所述电极由银浆丝网印刷于柔性基底上所得，所述气敏模块设置在电极上，所述防水透气膜覆盖在传感器阵列的外表面。
作为优选，所述柔性基底为PET膜或PEN膜。
PET膜和PEN膜有良好的力学性能，优良的耐高、低温性能，成本低。
作为优选，所述防水透气膜为PTFE膜或PVDF膜。
PVDF(聚偏氟乙烯)膜和PTFE(聚四氟乙烯)膜具有良好的防水透气功能并且成本较低，能够有效保护传感器阵列并减小水分对传感器阵列的影响
作为优选，所述气敏模块为6个。
作为优选，所述气敏模块由质量比为1:(2-4)的改性MCNTs和有机化合物制成。
本发明通过对改性MWCNTs和有机化合物的合理配伍，使气敏材料的电阻值达到较佳范围，气敏模块的最终电阻达到0.5kΩ到3kΩ，对人体气味具有较高的敏感度，提高了识别人体气味的准确度和精确度。
作为优选，所述改性MCNTs包括羧基MCNTs、羟基MCNTs的一种或两种。
作为优选，所述羧基MCNTs经过酸化处理，所述酸化处理为将羧基MCNTs采用冷等离子体处理5-10min，再采用酸液浸泡11-13h后进行水洗至PH值6-8，放入真空干燥箱进行干燥处理。
作为优选，所述酸化处理中冷等离子体处理所用的工作气体为空气或氧气。
所述酸液包括以下质量百分比含量的组分：3-5％H2O2，2-3％聚乙烯醇，20-25％HCl，余量为水。
所述酸化处理中的干燥处理为于55-65℃干燥11-13h。
本发明采用先冷等离子体处理再浓盐酸浸泡的方式进行酸化处理，有效提高了气敏模块的工作效率。冷等离子体处理能够对羧基MCNTs产生一定的刻蚀作用，增加羧基MCNTs表面与酸液的接触面积，从而提高处理效果；并且采用空气或氧气作为工作气体能够在羧基MCNTs表面预先增加一些相关官能团，利于酸液处理效果和羧基MCNTs与有机化合物的结合，从而提高酸液处理的效率及气敏模块的灵敏度和精确度。酸液中H2O2的加入能够与盐酸产生协同作用进一步提高盐酸的处理效果，聚乙烯醇能够提高处理后羧基MCNTs在油剂化合物中的分散性。
作为优选，所述羟基MCNT为MCNTs经过碱化处理制得，所述碱化处理为将MCNTs先采用冷等离子体处理5-7min，再采用25-35％NaOH浸泡11-13h后进行水洗至PH值6-8，放入真空干燥箱进行干燥处理。
作为优选，所述碱化处理中冷等离子体处理所用的工作气体为NH3或N2。
所述碱化处理中的干燥处理为于55-65℃干燥11-13h。
本发明在碱化处理中预先采用冷等离子体处理对MCNTs产生一定的刻蚀作用，增加NaOH浸泡时作用的面积，并且在MCNTs表面增加更多种类和数量有利于羟基MCNT与有机化合物结合及气敏模块的灵敏度、精确度的官能团。
作为优选，所述有机化合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚(甲基乙烯基醚-共-马来酸酐)(PMVEMA)、聚苯胺(PAni)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(Pth)中的一种或多种。
本发明选用的六种有机化合物对VOCs有良好的响应且成本较低。
作为优选，所述气敏模块的制备过程为：将有机化合物与改性MCNTs混合后经过10-14h的磁力搅拌后，超声波振荡20-40min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥11-13h，制得气敏模块。
本发明将气敏模块滴涂于电极上的固定位置，用以对VOCs产生响应。
作为优选，所述数据采集处理装置包括单片机、外围电路和蓝牙模块。
所述单片机采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149进行数据的采集与处理。在正常工作模式下，MSP430F149工作电流为200-400μA，平均功率大约为0.6-0.8mW，能够在较长时间内使用。
作为优选，所述外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路以实现对传感器阵列电阻的测量。
作为优选，所述蓝牙模块为HC-06，用以将数据发送至数据显示保存装置。
作为优选，所述数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电。
作为优选，所述数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
本发明的PC端具有基于LabView编写的程序，能接收来自蓝牙模块传送的人体气味数据并将该数据实时地显示并保存于PC上，便于直观地观察分析传感器阵列响应的变化以及对数据进行下一步的处理。PC端的蓝牙与可穿戴端能够有效地进行数据传输和通信。
本发明的另一目的在于提供一种识别人体气味的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
S1、T0-T1段：连接可穿戴端的蓝牙与PC端的蓝牙，将可穿戴端置于空气中，PC端通过LabVIEW程序记录传感器阵列检测到的信号，此状态持续7-10分钟，记录起始时间T0和结束时间T1；
S2、T1-T2段：将可穿戴端佩戴于人体上臂，柔性传感器阵列置于腋窝侧，数据采集处理装置置于外侧，人体坐下保持静止，此静止状态持续10-12分钟，记录起始时间T1和结束时间T2；
S3、T2-T3段：人体开始在跑步机上运动，此运动状态持续19-20分钟，记录起始时间T2和结束时间T3；
S4、T3-T4段：运动状态结束，人体坐下休息，此状态持续11-12分钟，记录起始时间T3和结束时间T4；
S5、T4-T5段：将可穿戴端从人体上臂摘下放置于空气中，此状态持续11-13分钟，记录起始时间T4和结束时间T5；
S6、数据处理：保存步骤S1-S5中该设备接收到的数据，对接收到的数据进行数据处理。
作为优选，所述步骤S3中T2-T3段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段三个阶段，第一阶段保持0.8-1.2km/h的速度运动6-7分钟，第二阶段保持2.8-3.2km/h的速度运动6-7分钟，第三阶段保持1.3-1.7km/h的速度运动6-7分钟。
作为优选，所述步骤S6中的数据处理包括对接收到的数据进行标准化处理和中心化处理以提取数据的特征信息，然后通过PCA算法进行聚类分析。
所述标准化处理按照式(1)所示进行，所述中心化处理按照式(2)所示进行：
其中n为传感器的序号数，Rn是相应传感器的电阻，RRH·n是相应的传感器从T2到T3时间内的湿度电阻；式(1)为从T2到T3时间内传感器的平均电阻通过湿度电阻校正后与T0到T1时间内传感器的平均电阻的比值得到归一化响应Nn；式(2)为由Nn减去Nn的均值得到每个传感器的对比度响应Cn。
本申请中上述步骤结束即完成一次完整测试，得到一组完整数据，收集多次测试采集的数据，对实验数据进行处理分析，借助PCA聚类算法对气体传感器阵列信号的处理，能够准确有效识别不同人体气味信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的设备将传感器阵列与数据采集电路板集成至护臂上，体积小巧且柔性可穿戴，便于佩戴；设备制备方法较简单并且所用材料成本低廉，易于普及推广。
(2)本发明的设备及测试方法简单，易于操作，不需要非常专业的实验人员，只需人体进行简单的运动。测试时间短，不受场地、环境的限制。
(3)本发明采用提取传感器动态数据进行标准化和中心化处理，得到对比度响应，以此作为PCA算法的输入，得到较好的聚类区分度。
说明书附图
图1为本发明中识别人体气味的电子鼻设备的结构示意图
其中，1、柔性基底；2、叉指电极；3、1号气敏模块；4、2号气敏模块；5、3号气敏模块；6、4号气敏模块；7、5号气敏模块；8、6号气敏模块；9、柔性保护膜；10、单片机；11、数据采集处理装置；12、蓝牙模块；13、PC端
图2为采用本发明中的测试方法进行的人体测试结果图
图3为采用本发明中的电子鼻设备和测试方法对8个志愿者人体测试后的所得数据经过数据处理后的结果图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PET膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为2:1的PVP与改性MCNTs混合后经过10h的磁力搅拌后，超声波振荡20min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥11h，制得气敏模块，
改性MCNTs为经过酸化处理的羧基MCNTs，
酸化处理为将羧基MCNTs采用工作气体为空气的冷等离子体处理10min，再采用酸液浸泡11h后进行水洗至PH值6，放入真空干燥箱于55℃干燥13h，
酸液包括以下质量百分比含量的组分：3％H2O2，2％聚乙烯醇，20％HCl，余量为水，
防水透气膜为PTFE膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例2
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PET膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为3:1的HPMC与改性MCNTs混合后经过12h的磁力搅拌后，超声波振荡30min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥12h，制得气敏模块，
改性MCNTs为经过酸化处理的羧基MCNTs，酸化处理为将羧基MCNTs采用工作气体为氧气的冷等离子体处理7min，再采用酸液浸泡12h后进行水洗至PH值7，放入真空干燥箱于60℃干燥12h，酸液包括以下质量百分比含量的组分：4％H2O2，2.5％聚乙烯醇，22％HCl，余量为水，
防水透气膜为PVDF膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例3
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PEN膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为4:1的PMVEMA与改性MCNTs混合后经过14h的磁力搅拌后，超声波振荡40min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥13h，制得气敏模块，
改性MCNTs为经过酸化处理的羧基MCNTs，酸化处理为将羧基MCNTs采用工作气体为氧气的冷等离子体处理5min，再采用酸液浸泡13h后进行水洗至PH值8，放入真空干燥箱于65℃干燥11h，酸液包括以下质量百分比含量的组分：5％H2O2，3％聚乙烯醇，25％HCl，余量为水，
防水透气膜为PVDF膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例4
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PET膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为3:1的PAni与改性MCNTs混合后经过12h的磁力搅拌后，超声波振荡30min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥12h，制得气敏模块，
改性MCNTs为羟基MCNTs，羟基MCNT为MCNTs经过碱化处理制得，碱化处理为将MCNTs先采用工作气体为NH3的冷等离子体处理5min，再采用25％NaOH浸泡13h后进行水洗至PH值7，放入真空干燥箱于60℃干燥12h，
防水透气膜为PTFE膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例5
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PEN膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为4:1的PPy与改性MCNTs混合后经过14h的磁力搅拌后，超声波振荡30min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥12h，制得气敏模块，
改性MCNTs为羟基MCNTs，羟基MCNT为MCNTs经过碱化处理制得，碱化处理为将MCNTs先采用工作气体为N2的冷等离子体处理6min，再采用30％NaOH浸泡12h后进行水洗至PH值7，放入真空干燥箱于60℃干燥13h，
防水透气膜为PVDF膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例6
如图1所示，本实施例中识别人体气味的电子鼻设备，包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
柔性基底为PEN膜；
电极为叉指结构，由银浆丝网印刷于柔性基底上所得；
气敏模块为6个，制备过程为：将质量比为2:1的Pth与改性MCNTs混合后经过14h的磁力搅拌后，超声波振荡30min制得气敏材料浆液，将气敏材料浆液滴涂于电极上干燥12h，制得气敏模块，
改性MCNTs为羟基MCNTs，羟基MCNT为MCNTs经过碱化处理制得，碱化处理为将MCNTs先采用工作气体为N2的冷等离子体处理7min，再采用35％NaOH浸泡12h后进行水洗至PH值7，放入真空干燥箱于60℃干燥11h，
防水透气膜为PVDF膜，覆盖在传感器阵列的外表面。
数据采集处理装置包括单片机(采用美国德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F149)、外围电路和蓝牙模块HC-06，数据采集处理装置由两个CR2302纽扣电池(3V，220mAh)供电，
外围电路为分压电路，柔性传感器阵列的气敏模块分别接入分压电路，
数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
实施例7
本实施例中识别人体气味的测试方法，包括以下步骤：
(1)T0-T1段：连接实施例2中可穿戴端的蓝牙与PC端的蓝牙，将可穿戴端置于空气中，PC端通过LabVIEW程序记录传感器阵列检测到的信号，此状态持续9分钟，记录起始时间T0和结束时间T1；
(2)T1-T2段：将可穿戴端佩戴于人体上臂，柔性传感器阵列置于腋窝侧，数据采集处理装置置于外侧，人体坐下保持静止，此静止状态持续11分钟，记录起始时间T1和结束时间T2；
(3)T2-T3段：人体开始在跑步机上运动，此运动状态持续19.5分钟，记录起始时间T2和结束时间T3，包括第一阶段、第二阶段和第三阶段三个阶段，第一阶段保持1km/h的速度运动6.5分钟，第二阶段保持3km/h的速度运动6.5分钟，第三阶段保持1.5km/h的速度运动6.5分钟；
(4)T3-T4段：运动状态结束，人体坐下休息，此状态持续11.5分钟，记录起始时间T3和结束时间T4；
(5)T4-T5段：将可穿戴端从人体上臂摘下放置于空气中，此状态持续12分钟，记录起始时间T4和结束时间T5；
(6)数据处理：保存步骤(1)-(5)中该设备接收到的数据，对接收到的数据进行数据处理，数据处理包括对接收到的数据进行标准化处理和中心化处理以提取数据的特征信息，然后通过PCA算法进行聚类分析，
标准化处理按照式(1)所示进行，中心化处理按照式(2)所示进行：
其中n为传感器的序号数，Rn是相应传感器的电阻，RRH·n是相应的传感器从T2到T3时间内的湿度电阻；式(1)为从T2到T3时间内传感器的平均电阻通过湿度电阻校正后与T0到T1时间内传感器的平均电阻的比值得到归一化响应Nn；式(2)为由Nn减去Nn的均值得到每个传感器的对比度响应Cn。
如图2所示，人体在不同的测试阶段的测试数据具有明显的区别，如图3所示采用本发明中的测试方法能够通过对气味进行识别有效区分不同的个体。
实施例8
与实施例7不同的是，本实施例中：(1)T0-T1段的状态持续8分钟；(2)T1-T2段的状态持续10分钟；(3)T2-T3段的运动状态持续20分钟，其中第一阶段保持0.8km/h的速度运动7分钟，第二阶段保持2.8km/h的速度运动7分钟，第三阶段保持1.3km/h的速度运动6分钟；(4)T3-T4段的状态持续11分钟；(5)T4-T5段的状态持续11分钟；其他与实施例7相同。
实施例9
与实施例7不同的是，本实施例中：(1)T0-T1段的状态持续10分钟；(2)T1-T2段的状态持续12分钟；(3)T2-T3段的运动状态持续19分钟，其中第一阶段保持1.2km/h的速度运动6分钟，第二阶段保持3.2km/h的速度运动6分钟，第三阶段保持1.7km/h的速度运动7分钟；(4)T3-T4段的状态持续12分钟；(5)T4-T5段的状态持续13分钟；其他与实施例7相同。
实施例10-15
分别采用实施例1、3-6中的设备，使用实施例7中的测试方法进行人体气味的识别。
对比例1
采用未改性MCNTs制备气敏模块，其他与实施例7相同。
对比例2
采用常规羧基MCNTs(即未经酸化处理的羧基MCNTs)制备气敏模块，其他与实施例7相同。
对比例3
对羧基MCNTs进行酸化处理时，仅采用酸液处理，未采用冷等离子体进行预处理，其他与实施例7相同。
对比例4
对羧基MCNTs进行酸化处理时，酸液中仅含有浓盐酸，其他与实施例7相同。
对比例5
对羟基MCNTs进行碱化处理时，仅采用NaOH溶液处理，未采用冷等离子体进行预处理，其他与实施例14相同。
与对比例1-5相比，本发明的实施例7-15中测试结果显示，对人体气味的灵敏度能提高8-23％以上，测试结果准确度和精确度能提高12-25％以上。
对比例6
人体在静止状态下，使用本发明实施7中的电子鼻设备和测试方法对不同个体的人体气味进行识别。
对比例7
人体在保持3.2km/h的速度运动19.5分钟的过程中，使用本发明实施7中的电子鼻设备和测试方法对不同个体的人体气味进行识别。
与实施例7相比，对比例6和对比例7中的测试方法检测到的人体气味的含量和数量大大减少，不易区分不同个体。
综上所述，本发明的人体气味检测设备体积小巧，柔性可穿戴，方便佩戴于人体，可实时对人体气味进行监测，识别不同的人体气味，数据采集处理装置可将柔性传感器阵列接收到的人体气味信号通过蓝牙模块实时发送到数据显示装置，便于观察、行保存以供进一步的数据处理，具有现实的理论意义和应用价值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种识别人体气味的电子鼻设备，其特征在于，所述电子鼻设备包括：
可穿戴端，包括柔性传感器阵列、数据采集处理装置和可穿戴护臂，所述柔性传感器阵列和数据采集处理装置依次连接并安装集成于可穿戴护臂上，和
数据显示保存装置，
所述数据采集处理装置和数据显示保存装置通过蓝牙传输数据。
2.根据权利要求1所述的电子鼻设备，其特征在于，柔性传感器阵列包括柔性基底、电极、气敏模块和防水透气膜。
3.根据权利要求2所述的电子鼻设备，其特征在于，所述气敏模块由质量比为1:(2-4)的改性MCNTs和有机化合物制成。
4.根据权利要求3所述的可穿戴式人体气味检测设备，其特征在于，所述所述改性MCNTs包括羧基MCNTs、羟基MCNTs的一种或两种。
5.根据权利要求3所述的电子鼻设备，其特征在于，所述所述有机化合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚(甲基乙烯基醚-共-马来酸酐)(PMVEMA)、聚苯胺(PAni)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(Pth)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的电子鼻设备，其特征在于，所述数据采集处理装置包括单片机、外围电路和蓝牙模块。
7.根据权利要求1所述的电子鼻设备，其特征在于，所述数据显示保存装置为具有基于LabView编写的程序和蓝牙的PC端。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述的一种识别人体气味的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
S1、T0-T1段：连接可穿戴端的蓝牙与PC端的蓝牙，将可穿戴端置于空气中，PC端通过LabVIEW程序记录传感器阵列检测到的信号，此状态持续7-10分钟，记录起始时间T0和结束时间T1；
S2、T1-T2段：将可穿戴端佩戴于人体上臂，柔性传感器阵列置于腋窝侧，数据采集处理装置置于外侧，人体坐下保持静止，此静止状态持续10-12分钟，记录起始时间T1和结束时间T2；
S3、T2-T3段：人体开始在跑步机上运动，此运动状态持续19-20分钟，记录起始时间T2和结束时间T3；
S4、T3-T4段：运动状态结束，人体坐下休息，此状态持续11-12分钟，记录起始时间T3和结束时间T4；
S5、T4-T5段：将可穿戴端从人体上臂摘下放置于空气中，此状态持续11-13分钟，记录起始时间T4和结束时间T5；
S6、数据处理：保存步骤S1-S5中该设备接收到的数据，对接收到的数据进行数据处理。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中T2-T3段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段三个阶段，第一阶段保持0.8-1.2km/h的速度运动6-7分钟，第二阶段保持2.8-3.2km/h的速度运动6-7分钟，第三阶段保持1.3-1.7km/h的速度运动6-7分钟。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S6中的数据处理包括对接收到的数据进行标准化处理和中心化处理以提取数据的特征信息，然后通过PCA算法进行聚类分析。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109431524A (zh) * 2018-12-13 2019-03-08 东莞理工学院 基于人体体味识别辅助自闭症儿童监护的系统
CN111307883A (zh) * 2020-03-19 2020-06-19 中国石油大学(华东) 基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法及其检测系统和应用
CN113081815A (zh) * 2021-03-29 2021-07-09 北京化工大学 一种基于阵列式pvdf触觉传感器的指套及制备方法
CN114145873A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 上海芯圣电子股份有限公司 一种基于mcu芯片的智能电动牙刷及其工作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6435368A (en) * 1987-07-31 1989-02-06 Uinaazu Japan Kk Odor measuring instrument
WO2011010312A1 (en) * 2009-07-23 2011-01-27 Yeda Research And Development Co. Ltd. Predicting odor pleasantness with an electronic nose
CN103293198A (zh) * 2008-07-02 2013-09-11 孙一慧 用于检测在流体中的分析物的传感器仪器系统及方法
CN105572202A (zh) * 2015-12-11 2016-05-11 浙江工商大学 一种电子鼻时空气味信息的仿生检测装置及方法
CN105866331A (zh) * 2016-03-28 2016-08-17 宁波大学 一种动态、静态配气两用的气体传感器测试系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6435368A (en) * 1987-07-31 1989-02-06 Uinaazu Japan Kk Odor measuring instrument
CN103293198A (zh) * 2008-07-02 2013-09-11 孙一慧 用于检测在流体中的分析物的传感器仪器系统及方法
WO2011010312A1 (en) * 2009-07-23 2011-01-27 Yeda Research And Development Co. Ltd. Predicting odor pleasantness with an electronic nose
CN105572202A (zh) * 2015-12-11 2016-05-11 浙江工商大学 一种电子鼻时空气味信息的仿生检测装置及方法
CN105866331A (zh) * 2016-03-28 2016-08-17 宁波大学 一种动态、静态配气两用的气体传感器测试系统

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《中国工程物理研究院科技年报》编辑部: "《中国工程物理研究院科技年报 2010年版》", 31 March 2011, 原子能出版社 *
KEA-TIONG TANG 等: "A Low-Power Electronic Nose Signal-Processing Chip for a Portable Artificial Olfaction System", 《IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL CIRCUITS AND SYSTEMS》 *
PANIDA LORWONGTRAGOOL 等: "A Novel Wearable Electronic Nose for Healthcare Based on Flexible Printed Chemical Sensor Array", 《SENSORS》 *
尚丽: "改进的非负稀疏编码神经网络模型及其应用", 《计算机工程与应用》 *
杨颖: "《碳纳米管的结构、性能、合成及其应用》", 31 August 2013, 黑龙江大学出版社 *
王智慧: "基于碳纳米管的气体传感器制备及其特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
王燕 等: "《低维a-Fe2O3纳米材料的合成、改性及其气体敏感应用》", 31 May 2016, 吉林大学出版社 *
谭苗苗: "《NEMS传感器的研制与应用》", 31 January 2017, 冶金工业出版社 *
贾瑛 等: "《轻质碳材料的应用》", 30 November 2013, 国防工业出版社 *
陈杰瑢: "《等离子体清洁技术在纺织印染中的应用》", 30 September 2005, 中国纺织出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109431524A (zh) * 2018-12-13 2019-03-08 东莞理工学院 基于人体体味识别辅助自闭症儿童监护的系统
CN111307883A (zh) * 2020-03-19 2020-06-19 中国石油大学(华东) 基于聚苯胺-碳化钒的氨气传感器制备方法及其检测系统和应用
CN113081815A (zh) * 2021-03-29 2021-07-09 北京化工大学 一种基于阵列式pvdf触觉传感器的指套及制备方法
CN113081815B (zh) * 2021-03-29 2022-01-28 北京化工大学 一种基于阵列式pvdf触觉传感器的指套及制备方法
CN114145873A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 上海芯圣电子股份有限公司 一种基于mcu芯片的智能电动牙刷及其工作方法

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