CN111398529A - 嗅觉系统、气味识别装置、气味识别方法 - Google Patents

嗅觉系统、气味识别装置、气味识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气味识别系统，具备：作用阵列部，其包括与气体样本中的气味因素中包含的气味原因物质相互作用的至少两个以上的传感器；传感器数据处理部，其对作用阵列部中与气味因素相互作用的数据进行处理；气味因素信息存储部，其预先存储该气味因素及该气味因素的相互作用图案信息；以及图案识别部，其参照该传感器数据处理部所处理的图案和气味因素信息存储部的信息，基于该相互作用图案识别该气味因素。

Description

嗅觉系统、气味识别装置、气味识别方法
本申请是国际申请日为2014年8月29日的PCT国际申请PCT/JP2014/073418进入中国国家阶段的申请号为201480081522.7、发明名称为“嗅觉系统、气味识别装置、气味识别方法”的原申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及将气味自身图案化进行识别的嗅觉系统和气味识别装置、以及气味识别方法。并且，本发明还涉及用于该系统的传感器。本发明还涉及用于该传感器的设备。
背景技术
到目前为止，可认为气味由于各种化学物质同时复合作用于嗅觉细胞而被识别为气味信息(感知信息)。另一方面，在与气味有关的感测中，大多以从构成气味的化学物质群(以下，也称作气味因素)中检测并测定与气味有关的特定的气体状化学物质为目的。
即，大多使用化学传感器、即氨气传感器和硫化氢传感器等，该化学传感器是以从构成气味的化学物质中进行确定、或者测定个别的气味原因物质、例如氨、硫醇、醛、硫化氢、胺等具有特有臭味的气味原因物质为目的而设计的。
这种传感器是如下装置：构成对于特定的分子在物理上化学上具有选择性的表面状态，利用在该表面上该特定分子反应或吸附时的表面状态的变化测定该特定物质或者利用吸附柱等分离化学物质的手段、例如色谱法等，对特定的气味的原因物质进行分离后进行测定。
作为在这种气味原因物质的个别分离测定中可利用的传感器系统，具有在检测器部分利用激光的与金属纳米粒子的相互作用而产生的表面等离子体(SPR)法的传感器系统、在半导体硅上设置源极、漏极及栅极电极并利用在栅极上形成分子选择膜而物质吸附于表面的场效应晶体管的传感器系统、测量并检测表面弹性波的传播速度由于物质吸附于表面产生的变化的表面弹性波传感器、利用晶体振荡器的谐振频率根据附着于表面的物质的重量而变动的QCM传感器等。
作为现有的气味传感器，在这些传感器系统中，通常，在检测部的表面构成具有物质选择性的薄膜，由此检测成为气味原因的特定物质。
另外，也存在利用伴随着设为高温的金属氧化物半导体表面上的氧的氧化还原反应的载流子密度的变化的传感器，但是在这种传感器的情况下，在表面上发生还原性物质的氧化反应，所以其表面不能利用具有物质选择性的膜等覆盖，并且仅能够测定还原性物质等，因此，作为臭味物质，仅对氨、硫化氢等所限定的臭味物质有效。
另一方面，在使用了晶体振荡器等的传感器等中设有多个晶体振荡器的阵列式气味传感器已被公开。(例如，参照专利文献1)
在该传感器中，通过将晶体振荡器相对于基板排列在特定方向上并设置多个，包含要检测的物质的气体能够高效且大量地与传感器部接触，检测效率提高。
另外，在非专利文献2中，使用多个传感器进行多变量分析来实现气味的确定。该情况下，所使用的传感器系统由测定预先规定的特定化学物质的单功能的传感器的组合构成，因此，在构成气味的物质是已知的情况下，能够通过多变量分析来表现气味。
另外，以不仅检测、测定构成上述的气味的特定物质，而且检测、评价气味本身为目的，将响应极性不同的分子的多个发光分子涂覆在基板上，并暴露于气味因素时，以对该气味特有的图案，基板发光，对其进行拍摄并记录，由此进行气味的成像，这样的尝试近年来也有进行(非专利文献3：SCOPE项目)。
在该气味成像系统中，使用配置有将分别识别多种气味的化合物和用于检测的例如荧光纳米粒子组合得到的粒子的多探针膜。
通过形成为这种结构，各粒子与特定的气味因素结合时，该粒子发光，通过CCD照相机等进行捕捉，使其能够可视化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许4737726号公报
非专利文献
非专利文献1：株式会社电子鼻仪器的网页
http://e-nose.co.jp/product00.html
非专利文献2：东京工业大学研究室介绍杂志LANDFALL第39号，p.19&#8722；22，2000年4月(http://silvia.mn.ee.titech.ac.jp/system.html)
非专利文献3：SCOPE项目
(http://o.ed.kyushu-u.ac.jp/SCOPE/Welcome.html)
发明内容
发明所要解决的课题
然而，这种传感器能够检测的是，例如基于电阻值的有无或高低的、与具有特定分子结构的物质或规定物质的组合有关的信息，这种传感器能够确定的只不过是，根据该物质的分子结构、分子量等确定的气味的原因物质(分子)的确定，因此即使能够检测该物质存在的有无，也难以将如嗅觉试验那样利用人的嗅觉得到的气味信息作为测定结果检测、识别。
另外，专利文献1中，作为气味传感器，也进行了公开，但实际上仅能够根据与特定分子相对应的振动频率的强弱，进行该特定分子的检测及定量。
另外，在非专利文献2所示的多变量分析中，由于用于多个传感器的各单独的传感器所测定的物质需要事先规定，因此各传感器不能正确地表现由未设定的物质构成的气味。
即，通常，气味呈现由多种化学物质构成的复杂的构成，因此存在仅通过将确定某一气味中包含的特定的被测定物的单一功能传感器组合难以获取、表现气味信息的问题。
为了解决这种问题，在上述的SCOPE项目的方法中，捕捉基于荧光物质的发光。然而，由于需要使其发光所需的激发光源、CCD照相机等，因此，该情况下，装置本身大型化，难以简单地进行气味的确定和识别。
本发明鉴于上述课题，其目的是提供在非特定多种气味原因物质的混合状态下也能够简便地检测、严格区别、识别为特定气味的嗅觉系统、气味识别装置、气味识别方法。
用于解决课题的技术方案
本发明的嗅觉系统为了解决上述课题，提供以下的手段。
(1)一种嗅觉系统，具备：作用阵列部，其包括与被测定物的气味原因物质群的至少一个以上相互作用的至少两个以上的传感器作为作用阵列；传感器数据处理部，其将从所述作用阵列获得的所述相互作用的结果作为气味图案信息进行处理；气味因素信息存储部，其存储由已知的气味因素信息和已知的气味物质的图案信息构成的气味信息；以及图案识别部，其参照由所述传感器数据处理部处理后的所述气味图案信息和所述气味因素信息存储部的信息，基于其反应图案，与存储有所述被测定物的气味的所述已知的气味信息对照并识别。
(2)根据(1)所述的嗅觉系统，其中，所述传感器是晶体振荡器传感器。
(3)根据(1)所述的嗅觉系统，其中，所述传感器是表面弹性波传感器。
(4)根据(1)所述的嗅觉系统，其中，所述传感器是场效应晶体管传感器。
(5)根据(1)所述的嗅觉系统，其特征在于，所述传感器是电荷耦合元件传感器。
(6)根据(1)所述的嗅觉系统，其中，所述传感器是有机导电聚合物传感器。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的嗅觉系统，其特征在于，所述传感器的排列可变更。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的嗅觉系统，其特征在于，还具备存储所述传感器的排列信息的传感器信息部。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的嗅觉系统，其特征在于，还具备取入包含测定对象样本的样本取得部。
(10)一种气味识别方法，包括：使包括至少两个传感器的传感器阵列与样本相互作用；对该进行了相互作用的传感器中的相互作用信息进行传感器数据处理；将该进行了传感器数据处理的信息和气味因素信息进行对照；以及根据该对照识别气味。
(11)根据(10)所述的气味识别方法，其中，所述传感器是晶体振荡器传感器。
(12)根据(10)所述的气味识别方法，其中，所述传感器是表面弹性波传感器。
(13)根据(10)所述的气味识别方法，其中，所述传感器是场效应晶体管传感器。
(14)根据(10)所述的气味识别方法，其中，所述传感器是电荷耦合元件传感器。
(15)根据(10)所述的气味识别方法，其中，所述传感器是有机导电聚合物传感器。
(16)根据(10)至(15)中任一项所述的气味识别方法，其中，所述传感器的排列可变更。
(17)一种气味识别装置，具备：传感器单元，其包括感知测定对象的至少两个传感器；传感器数据处理单元，其进行所述传感器单元中的反应的数据处理；以及图案识别单元，其根据通过所述传感器数据处理制作的传感器数据图案识别测定对象。
(18)根据(17)所述的气味识别装置，其中，所述传感器是晶体振荡器传感器。
(19)根据(17)所述的气味识别装置，其中，所述传感器是表面弹性波传感器。
(20)根据(17)所述的气味识别装置，其中，所述传感器是场效应晶体管传感器。
(21)根据(17)所述的气味识别装置，其中，所述传感器是电荷耦合元件传感器。
(22)根据(17)所述的气味识别装置，其中，所述传感器是有机导电聚合物传感器。
(23)根据(17)至(22)中任一项所述的气味识别装置，其特征在于，所述传感器的排列可变更。
(24)一种嗅觉系统，包括：样本取得部，其取入包含测定对象的样本；作用阵列部，其与该样本中的各气味因素相互作用，并包括排列可变更的至少两个以上的传感器；传感器数据处理部，其对作用阵列部中与气味因素相互作用的图案进行处理；气味因素信息存储部，其预先存储该气味因素信息及该气味因素的相互作用图案信息；以及传感器排列信息部，其存储该反应阵列部的传感器排列信息，所述嗅觉系统具备图案识别部，所述图案识别部参照该传感器数据处理部所处理的数据和气味因素信息存储部的信息及该传感器排列信息部的信息，基于该相互作用图案识别该气味因素。
(25)一种程序，其使计算机作为嗅觉系统发挥功能，所述嗅觉系统具备：样本取得部，其取入包含测定对象的样本；反应阵列部，其与该样本中的各气味因素相互作用，并包括排列可变更的至少两个以上的传感器；传感器数据处理部，其对反应阵列部中与气味因素相互作用的数据进行处理；气味因素信息存储部，其预先存储该气味因素信息及该气味因素的相互作用图案信息；以及传感器排列信息部，其存储该反应阵列部的传感器排列信息，所述嗅觉系统具备图案识别部，所述图案识别部参照该传感器数据处理部所处理的数据和气味因素信息存储部的信息及该传感器排列信息部的信息，基于该相互作用图案识别该气味。
发明效果
通过使用本发明的系统，能够进行以往难以检测识别的、实际上多种物质成为混合状态的环境下特定“气味”的检测。由此，对于以往难以进行检测、识别以及其表现比较困难的、由非特定的物质群构成的特定气味(不限于构成该气味的特定物质)，能够检测、识别和表现。
附图说明
图1是本发明的嗅觉系统的示意图。
图2是用于本发明的嗅觉系统的传感器阵列的概念图。
图3是用于本发明的嗅觉系统的传感器阵列中使用的晶体振荡器的立体图。
图4是用于本发明的嗅觉系统的传感器阵列中使用的晶体振荡器的剖视图。
图5是表示本发明的嗅觉系统的步骤的流程图。
图6是表示用于本发明的嗅觉系统的传感器阵列中的气味原因物质的相互作用和排列信息的示意图。
图7是表示作为本发明的嗅觉系统的使用例而检测、识别苹果和咖啡的香味的过程的系统概念图。
图8是作为本发明的嗅觉系统的使用例而在便携式电话中装入传感器阵列部的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
1.嗅觉系统
本发明的系统是如下的嗅觉系统，该嗅觉系统具备：作用阵列部，其包含与气味样本、即特定场所的大气中的气味因素相互作用的至少两个以上的传感器；传感器数据处理部，其对在作用阵列部与气味原因物质发生反应的图案进行处理；气味因素信息存储部，其预先存储该气味信息和该气味的作用图案信息；以及图案识别部，其参照该传感器数据处理部处理的图案以及气味因素信息存储部的信息，基于该作用图案识别该气味。
在此，“气味”包含人或包含人的生物可获取作为嗅觉信息的、特定的分子单体或者由不同的分子构成的分子群具有各自的浓度而聚集得到的物质。
“气味原因物质”表示构成气味的特定分子、化合物。
“气味因素”是指包含多种气味原因物质并具有该气味特有的构成的物质群。
通常，作为包含人的动物的鼻的嗅觉机制，可如下进行说明。
首先，当气味因素从鼻进入时，气味原因物质融入鼻腔最上部的被称作嗅上皮的特別的粘膜而被感知，位于嗅上皮的嗅觉细胞产生电信号，电信号向嗅神经、嗅球、脑(大脑边缘系统)传递，产生气味感觉。
在此，在嗅上皮的粘膜层扩展的嗅毛中，存在有捕捉气味的嗅觉受体(气味传感器)。并且，针对气味因素中包含的一种气味原因物质，多个嗅觉受体发生反应，而检测气味。另外，当气味的浓度变化时，进行反应的嗅觉受体的组合发生变化，作为不同的气味而被感知。
阿莫尔着眼于具有不同分子结构的多种气味原因物质赋予相似的气味，发现赋予这些相似的气味的分子的外形中至少一部分非常相似，并提出了存在嗅觉受体识别分子的外形结构的可能性的启示。
另外，在外崎肇一的著作《“气味”和“香味”的真实面目》中，对这些嗅觉受体识别各气味原因物质赋予的振动频率进行了说明。
如此，可认为嗅觉受体并非检测气味原因物质所具有的属性中的、到目前为止在化学分析中所使用的分子量、氧化还原电位、官能团及其键合位置等那样的能够鉴别化合物的比较直接的信息，而是检测分子的外形信息等间接物质的特性，这样更容易说明。
在本发明的系统中，如上所述，包含多个传感器的作用阵列部发挥该嗅觉受体那样的作用，由此通过各种气味的检测及其浓度的强弱，能够识别包含多个气味原因物质的气味本身。
因此，在原理上，与特征在于模拟“气味”如何与鼻相互作用而作为特定的信息被检测的传感器，即通过单独确定“气味原因物质”来确定“气味”的以往技术不同。
1a.嗅觉系统
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的气味识别系统的框图。
本发明的气味识别系统100由样本信息取得部110、通信单元120、信息处理部130构成。
在为了获得气味样本的信息而设置的样本信息取得部110，设置有取入气味样本的样本取得部111、设置有至少两个与取得的样本的物质相互作用的传感器的传感器阵列部112、以及用于对该样本物质和传感器阵列部112中的作用状态进行传感器数据处理的传感器数据处理部113。
通信单元120连接样本信息取得部110和信息处理部130。可适当利用用于建立例如直接连线、RS&#8722；232、USB、或者无线或有线LAN、WiFi等各种网络的手段。
信息处理部130例如具备：取得用于识别的样本并接收该数据的数据接收部131；为了与该接收到的数据进行参照而预先关于气味因素存储了该气味信息的气味因素信息存储部132；同样为了与气味因素的数据进行参照而存储有与系统中配置的传感器阵列部有关的信息的传感器排列信息存储部133；预先登记成为测定对象的样本信息的传感器阵列部112中的识别信息图案并在测定样本时参照该识别信息图案的图案识别部114；以及显示通过进一步参照这些系统各部分和样本的信息所得到的判定数据的显示部115。
在本发明的系统中，能够根据要测定的物质，选择传感器阵列部112中配置的传感器。即，能够适当选择并配置对要检测及识别的气味原因物质具有特异性的特性的传感器。
传感器的数量至少配置有两个，因此对于气味因素中包含的多个气味原因物质，能够分别特异地进行检测。
通过改变各传感器的检测灵敏度等，还能够测量成为测定对象的气味原因物质的浓度等。
通过这样的构成，能够对作为样本存在于气体中的所有的气味原因物质进行测定。而且，如果是以往技术，单纯根据气味因素中包含的个别的分子量等，仅能够测量该分子特有的气味的强弱，但是能够将根据传感器的检测图案的组合测定到的气味因素识别并确定为具体的气味、即多个气味原因物质的复合体。
进一步，本发明的系统中，设置有用于将由样本信息取得部110所取得的样本信息数据向信息处理部130发送的信息通信单元120。
即，与样本信息取得部110所取得、产生作用、进行传感器数据处理后的样本物质有关的信息经由信息单元120向信息处理部130发送，在该系统服务器中参照该传感器数据处理图案和气味因素信息存储部112，或者参照传感器数据处理图案和气味因素信息存储部112以及传感器排列信息存储部113双方的信息，由此，通过在该作用阵列部132的传感器中检测到的显示图案，能够检测并识别成为测定对象的气味因素中的特定的气味。
1b.传感器阵列
在本发明的系统100的传感器阵列部112，设置有至少两个气味传感器。要配置的传感器的数量没有特别限定，也可以为配置有两个以上的结构。
以往的所谓的气味传感器大多是检测气味原因物质分子的探针为一个探针，在这样的情况下，仅能够进行气味原因物质分子单体的定性或定量的测定。
相对于此，本发明的系统100的传感器阵列部112设置有多个传感器。另外，各传感器可分别采取对将要作用的分子显示特异的反应的结构，另外，能够调整对成为各对象的分子的作用的程度。
通过这种结构，只要设置对本系统的用户期望进行检测及确定的数量的物质进行检测所需数量的传感器即可，由此，能够定量、定性地测定气味因素中包含的多个气味原因物质，并且能够整体识别该气味因素。
即，在本发明的传感器阵列部112中的传感器阵列，能够在任意地设计了产生作用时的阵列全体的反应图案的基础上，确定对特定的物质分子产生特异作用的传感器的数量及其排列、传感器的种类。并且，通过将该反应图案预先存储在设置于信息处理部110的传感器排列信息存储部中，能够与传感器阵列部112对各气味因素的反应进行对照，因此能够识别多个气味原因物质的集合体，由此能够实现以往的气味传感器无法实现的对包含多个气味原因物质的气味因素本身进行的识别。
在此，对使用的传感器没有特别限定，可根据当时的目的等适当使用各种传感器。
作为传感器的例子，例如，可列举出电化学传感器、MOS场效应晶体管传感器、金属氧化物半导体传感器、有机导电聚合物传感器、晶体振荡器传感器(QCM传感器)、表面弹性波方式传感器、电荷耦合元件传感器等。
在这些传感器中，例如，优选使用晶体振荡器传感器。
作为可使用的传感器的一例，图2中示出了使用晶体振荡器元件(QCM元件)210的传感器阵列200的俯视立体图。
本发明的QCM型传感器多阵列200是安装有多个由水晶基板220、振动部230、设置于振动部表面的功能膜240、进行振动的激励电极250(未图示)构成的QCM元件210的部件，并且是将具有不同的功能膜240的一个以上的多个QCM元件210安装在共同基板200上的多阵列QCM传感器。
图3是QCM元件的立体图，图4是该元件的剖视图。
1c.QCM元件
晶体振荡器、即QCM元件已被熟知是将电极表面的重量变化检测为频率变化的质量传感器。通常，如图3所示，具有在水晶基板320上的一个表面上配置电极以及吸附气体或气味分子的功能膜340，并在相反侧的表面上配置激励电极350的结构。
通过激励电极350使QCM元件310进行振动驱动，当作为被测定物质的气味分子到达位于与外部气体接触的QCM元件310的表面上的功能膜340时，进行吸附并相互作用，QCM元件310的谐振频率变化。以电气方式确定该频率变化。
以往所使用的化学传感器存在有各种各样的种类，但是，仅限于特别是QCM、即晶体振荡器那样的物理振动检测元件，当将设备小型化，也就是说使厚度变薄并且使电极面积也变小时，晶体振荡器的谐振频率等增大，其结果，具有频率变化率增大，检测极限降低这样的特性。由此，具有低浓度的化学物质也能够检测这样的特征。
通过将这些使用了不同功能膜的多个QCM元件任意地安装并配置在共同基板上，得到如图2所示的本发明的多阵列QCM型传感器系统。各QCM元件的激励用电极与频率计数器等进行配线，如上所述以电气方式确定各QCM元件的频率变化。
涂覆了不同的功能膜的QCM元件对作为被测定对象的气味原因物质产生不同的相互作用。通过将这些设置有不同的功能膜的传感器配置于阵列上，能够检测并分析各QCM元件的频率变化，并对气味因素进行定性及定量分析。
例如，更具体而言，作为配置于共同基板上的具有不同功能膜的各QCM元件的排列规则，能够获得作为X轴方向、Y轴方向的信息的、是吸附并检测何种臭味物质的传感器这样的传感器的排列信息、以及由该QCM元件群的频率变化(吸附特性、相互左右的程度)的最小三维构成的定性的气味图案。
在此，QCM元件(310)、激励电极(350)可由任意的导电材料形成。
作为例子，可列举出金、银、铂、铬、钛、铝、镍、镍合金、硅、碳、碳纳米管等无机材料、以及聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子等有机材料。
另外，例如，通过使用在空间轴方向上微妙地利用浓度分布和化学修饰使疏水性、亲水性等的强度倾斜的功能倾斜膜，构成各阵列的各传感器能够分别逐渐地对作为被测定物质的气味原因物质产生不同的相互作用。
除此以外，优选地，通过改变各振荡器的谐振频率，还能够减小从共存的其他的振荡器受到的影响、即串扰。能够以使共同基板内的各振荡器表示不同的灵敏度的方式，任意地进行设计。
在各晶体振荡器的谐振频率相同的情况下，还可以尝试通过改变气味吸附膜的厚度使谐振频率变化。此外，也可使用不同的谐振频率的元件(例如，改变了水晶基板的厚度的谐波模式等)。
作为共同基板的种类，可使用硅基板、由水晶结晶构成的基板、印刷布线基板、陶瓷基板、树脂基板等。
另外，共同基板(300)是插入式(interposer)基板等多层布线基板，用于与使水晶基板进行激励振动的激励电极(500)安装配线、进行通电的电极(301)配置于任意的位置，并且为了电接地、向其他的电子电路基板等导通，例如，向302中可见的凸起接线。
作为晶体振荡器的形状，作为一例，凸面形状更小型化且在振荡器内封入能量、防止基板内的各振荡器之间的干扰、同时可预计Q值的提高等的形状是更优选的形状。
作为对晶体振荡器赋予厚度分布的凸面形状(透镜形状或凸上)，此外，可形成为将一个面设为分离型的激励电极(输入振动用的电压的电极)并且导电膜设置在相对于激励电极的相反面的对置的位置上的结构。
由此，已知能够抑制与其他的振动模式的结合并防止在振荡器进行多阵列化时的晶体振荡器之间的传播、反射等干扰。因此，越是小型化、低容量化，振荡器之间的距离越短，效果也就越大。
同样地，通过振动能量的封入效果，能够提高Q值和电导，即使小型化，振动能量也不减小，能够形成为难以受到外部接触的干扰的晶体振荡器。其结果，S/N比提高，实现高灵敏度化。
此外，在此形成的QCM传感器是称作倒台面型或者凸面型的结构时，能够进行邻近的表面安装，因此适于小型化。在本实施例中，以适于更小型化的凸型为例，但是如果有更适合的形状，也可以选择该形状。
另外，也可以尝试在倒台面的凹部内放入凸面的凸混合型。另外，不仅是圆形，椭圆形也能够提高QCM元件的灵敏度(Q值)等，考虑到成本方面等，只要使用更适合的形状即可。
以上，关于本发明的传感器阵列的结构，作为一例，对使用了晶体振荡器的传感器阵列进行了说明，但是，毋庸多言，本发明不限于此。
2.气味识别方法
接下来，对本系统中使用的气味识别方法进行说明。
2a.气味识别方法概要
图5是表示本发明的气味识别方法的概要的流程图。
首先，使图1所示的本发明的气味识别系统100的样本信息取得部110与成为测定对象的气味因素接触(步骤501)。通过这种接触，从样本取得部111取入气味因素的分子，发送给传感器阵列部112(步骤502)。
传感器阵列部112为配置有至少两个以上的传感器的多阵列结构。其中，各传感器分别与成为目的的各气味原因物质以特有的程度进行相互作用，与气味因素中包含的各种气味原因物质进行相互作用。使包含取入的气味因素的气体与该阵列部分接触，作为数据取得各传感器表示的相互作用的结果(步骤503)。
该相互作用数据取决于所使用的传感器，例如为发光响应、电阻的变化，或者振动频率的变化。
使这些相互作用数据的图案与所测定的特定的气味因素建立关联，作为在传感器阵列上反应的传感器的位置信息、包含该相互作用的强弱的信息，进行传感器数据处理(步骤504)。
接下来，将进行这种传感器数据处理后的相互作用图案信息发送给信息处理部130，参照传感器排列信息存储部132及气味因素信息存储部133中的数据(步骤505)，读取相应的图案，进行气味因素的识别(步骤506)。
在此，在想要检测单一的气味原因物质的情况下，即使不参照传感器排列信息，仅参照并对照气味原因物质信息，也能够确定该气味原因物质。
2b.具体例
接下来，参照图5的流程及图6、图7，对识别方法的流程进行具体说明。
图6是表示传感器阵列中的气味原因物质的相互作用和排列信息的示意图。
图7是表示作为一例检测并识别苹果和咖啡的香味的过程的系统概念图。
在本例中，仅利用气味原因物质的信息也能够进行该气味因素的检测、识别。如上所述，通过参照气味因素信息及传感器信息双方，例如，通过参照预先登记有传感器部分的排列信息、传感器结构信息、传感器产品信息等的传感器相关信息、以及气味因素信息双方，作为使用该传感器时的特定的图案，能够进行数据处理。
如果为该结构，能够将要测定的气味因素信息与使用该传感器的使用者的个人信息等建立关联。例如，还能够将该相关信息应用于个人认证其他的安全技术或者用于医疗中的诊断技术，由此能够扩大其用途。
首先，用户在本发明的气味识别系统中使传感器确定成为被测定对象的特定的气味因素。在本例中，被测定对象设为苹果以及咖啡的气味，分别设为气味A、气味B。将这些气味作为气味因素预先存储在气味因素信息存储部中。
首先，使包含苹果和咖啡的气味因素的样本与本系统接触，取得样本(步骤501)。所取得的样本的气体被发送给图6的传感器阵列部600，在该阵列部产生反应。
在此，本发明的传感器系统中安装的、涂覆有不同的功能膜的QCM元件群601对这些苹果或咖啡中包含的多个气味原因物质产生不同的相互作用，各QCM元件输出与各反应相对应的频率变化。
即，在某元件群601中，(X1、Yn)的元件群例如是与苹果的香味成分、即作为臭味物质的乙酸戊酯强烈地相互作用，其程度随着Yn的n增大而变弱的部件。另一方面，(Xn、Y1)的元件群为具有与乙酸己酯等强烈地相互作用，其程度随着Xn的n增大而变弱的功能膜的结构。
另外，(X2、Yn)的元件群为具有与作为咖啡的香味成分的咖啡因相对强烈地相互作用的功能膜的结构，(X3、Yn)的元件群为具有与茶碱相对强烈地相互作用的功能膜的结构，(X4、Yn)的元件群为具有与可可碱相对强烈地相互作用的功能膜的结构。
这些结构(位置信息及功能膜信息)及传感器的产品信息(产品信息(传感器的制造编号、阵列位置信息(X、Y)、各QCM元件的种类等)预先存储在图1所示的传感器排列信息存储部132中。
通过这种结构，各元件601为能够根据该香味成分的浓度将与元件排列相关的QCM元件的振动频率的变化作为图案进行检测的结构。
由此，将样本的臭味物质与各元件的相互作用中产生的各元件的频率变化作为数字数据，发送给传感器数据处理部113，由此实施传感器数据处理，从而例如转换为图像数据而取得传感器阵列信息(步骤504)。
此时，使用一般的传感器数据处理将进行传感器输出得到的图案与数据库的信息进行比较。例如，作为一般的传感器数据处理技术，可使用二维条码读取器、面部识别、或者指纹认证等近似信息处理技术。
如此，在图6所示的各素子601具有相互作用时，与其功能膜的相互作用的强度相对应的输出来自各元件601，与此同时，输出各元件601的排列信息。
此时，例如，搭载有本发明的系统的电子设备能够经由网络将事先存储在传感器排列信息存储部中的该传感器元件等的产品信息(产品信息(传感器的制造编号、阵列位置信息(X、Y)、各QCM元件的种类等)在网络上进行参照，将其与各QCM元件的频率变化的输出数据进行对照，计算出气味图案(X、Y、QCM输出)。即，得到如图7中所示的阵列的矩阵图案。
之后，通过在步骤505将上述的相互作用的图案数据与存储有作为臭味物质信息存储部的数据及传感器阵列部的特性、排列、及作为产品的传感器信息等的传感器排列信息存储部进行对照、参照，进行样本中包含的气味因素的确定(步骤506)。
然后，如图7所示，如果输出图案与苹果、咖啡的气味图案近似或者相对应，则向用户返回“气味A是与苹果相似的气味”、“气味B是与咖啡相似的气味”这样的结果。
如上所述，本发明的嗅觉系统能够取得事先存储的传感器系统的QCM元件的排列规则信息、以及与从输出信息获得的气味因素的相互作用图案的同时，参照在网络上构建的存储气味因素信息的数据库，从而在搭载本发明的传感器系统的用户的设备中简便地在云环境中进行气味的确定。
当然，在数据库，用户能够任意地将气味对象物与气味图案一起进行登记。因此，能够设计更安全可靠的系统。
3.气味识别装置
本发明的气味识别装置是具备用于执行上述的嗅觉系统及其方法的结构的装置。
即，本发明的气味识别装置具备：包含感知测定对象的至少两个传感器的传感器单元；对所述传感器单元中的反应的数据进行处理的传感器数据处理单元；根据通过所述传感器数据处理制作的传感器数据图案对测定对象进行识别的图案识别单元。
该传感器和图案识别单元分别与图1所示的样本信息部110和综合系统部130相对应，各单元可以设置在一个装置内，也可以构成为单独的装置。对于这些例子，在下面进行例示。
4.系统的利用例
4a.设置有嗅觉系统的便携式设备
本发明的系统由于能够将传感器阵列部小型化，因此还能够将样本信息取得部组装在智能手机等便携式设备中。该情况下，也可以将信息处理部也组装在该设备内，关于该信息处理部，也可以为经由网络通信单元参照设置在设备外的信息处理部所需的信息的结构。
图8是将本发明的传感器阵列部组装到内部的便携式设备的概要图。
传感器阵列的组装位置可任意地设定，但是，在图8中，作为一例，在智能手机800的麦克风设置部的管道801的正下方(主按钮的正下方、麦克风部件的正下方)设置传感器阵列部802。在该结构中，例如，能够赋予能够检测由牙周病和内脏疾病引起的口腔内问题的健康检查功能。
4b.设置有嗅觉系统的可穿戴设备
由于该系统能够组装在小型装置中，因此，例如，通过将该系统或装置搭载在目前将要在市场上出现的可穿戴设备中，能够用作气味传感器。例如，如果将系统装置搭载在眼镜等中，则不仅可用作e&#8722；nose，除此以外，还可进行各种利用。
4c.用于空气净化器、空调、空气调节器等
通过将本发明的系统用于空气调节器等，能够测定并识别室内的气味因素，由此，能够根据需要进行净化空气这样的处理，由此能够提供品质更高的功能。
4d.用于呼气诊断装置等医疗用途
在目前的医疗中，正在开发将呼气中包含的特定的物质作为标识物进行疾病诊断的方法。这种情况下，如果使用本发明的系统，可认为在包含多个标识物、检测物质的呼气中其诊断精度也提高。在将本系统用于这样的诊断用途的情况下，还能够设计、制造作为医疗设备本身，并装入本发明的系统，或者，还能够在如上所述的便携电话、智能手机中组装传感器阵列部等，将传感器阵列部取得的信息通过与服务器的通信，用于例如医疗机构等中的远程诊断。
产业上的可利用性
本发明提供一种嗅觉系统，其特征在于，在将在表面上具有各不相同的功能膜的多个独立传感器元件以按照一定的规则的顺序排列并安装时，将该规则与制造信息一起记录在网络上的任意的位置，所述规则按照个别产品、按照制造批次、按照制造工厂等由任意的群集构成的产品信息，变更并被记录，将针对特定的气味的响应图案从安装在测定该图案的各单独设备中的传感器的产品信息中读取，将该传感器的排列图案数据从网络上的任意的位置读取，并进行对照来确定气味。
本发明的嗅觉系统、气味识别方法及识别装置对以往的气味传感器不能识别的气味因素也能够整体判定识别，因此，在不特定的多种气味原因物质的混合状态下，也能够检测、识别由这些气味原因物质构成的气味因素。由此，不仅可作为气味传感器用于各种设备中，而且还能够用于空气净化器、医疗用途等。
附图标记的说明
100 气味识别系统
110 样本信息部
111 样本取得部
112 传感器阵列部
113 传感器元件数据处理部
130 气味信息综合系统部
132 传感器排列信息存储部
133 气味因素信息存储部
134 图案识别部

Claims (1)

1.一种嗅觉系统，其特征在于，具备：
作用阵列部，其包括与被测定物的气味因素中包含的气味原因物质群的至少一个以上相互作用的至少两个以上的传感器；
传感器数据处理部，其将从所述作用阵列获得的所述相互作用的结果作为气味图案信息进行处理；
气味因素信息存储部，其存储由已知的气味因素信息和已知的气味物质的图案信息构成的气味信息；以及
图案识别部，其参照由所述传感器数据处理部处理后的所述气味图案信息和所述气味因素信息存储部的信息，基于其反应图案，与存储有所述被测定物的气味的所述已知的气味信息对照并识别。
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