CN112924626A - 一种电子鼻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子鼻装置，包括换气接口装置、样气室、压力传感器、气体传感器阵列和传感器阵列固定装置，所述压力传感器设置于所述样气室底部，并设置于所述传感器阵列固定装置的前端，所述传感器阵列固定装置与所述样气室底部水平方向呈一倾斜角度，所述传感器阵列固定装置设置有水平方向挡板和竖直方向挡板，所述水平方向挡板间隔均匀分布且高度呈梯度递增排布，所述竖直方向挡板间隔均匀且高度相同，所述传感器阵列的各个传感器放置于所述水平方向挡板与竖直方向挡板交叉形成的凹槽中。通过该发明，有效提高了电子鼻检测系统的检测精度、灵敏度以及工作效率。

Description

一种电子鼻装置
技术领域
本发明涉及电子检测技术领域，尤其涉及一种电子鼻装置。
背景技术
电子鼻是一种能够识别并量化气味的电子系统，比起其他气体检测方法，电子鼻具备待测样品无须前处理、分析快速、简便等优点，被认为是一种新颖的“绿色”仿生检测技术。
电子鼻所涉及的气体传感器对气味敏感、对环境要求高，为了高效、定量的给气体传感器提供待测样气，气体采集装置对电子鼻的整体工作十分重要。气体传感器工作时会引起周围环境的温度变化，而待测样气因温度的差异导致不同位置的传播速度不同，直接影响电子鼻的检测精度；此外，气体传感器工作后需要恢复清洁，清洁的耗时长短直接影响电子鼻的工作速度，因此恒温控制、密闭采集以及恢复清洁是电子鼻装置不可缺少的功能，并在其对气味检测中起着重要作用。相关研究发明对电子鼻的气体采集装置进行了改进，如申请号为200920167644.4，专利名为《一种电子鼻系统的气体采集、通气与密闭装置》，提供了一种能采集检测对象气味又能通入标准气体使气敏传感器迅速恢复的密闭装置，但没有实现气体采集装置的恒温控制以及对待测气体的定量采集，同时装置中的气味采集室存在清洁死角以及气味吸附问题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种电子鼻装置，采用压力传感器代替现有技术通常选用的气体流量计，在极大程度上节约装置的成本，并且传感器阵列固定装置的高度呈梯度递增分布，将样气的采集、检测和排出以及气体传感器的清洁集成于一体，有效提高了电子鼻装置的检测精度、灵敏度以及工作效率，并且更好的适用于手持式电子鼻装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种电子鼻装置，所述装置包括换气接口装置、样气室、压力传感器、气体传感器阵列和传感器阵列固定装置，其中，所述压力传感器设置于所述样气室底部，并设置于所述传感器阵列固定装置的前端，所述传感器阵列固定装置与所述样气室底部水平方向呈一倾斜角度，所述传感器阵列固定装置设置有水平方向挡板和竖直方向挡板，所述水平方向挡板间隔均匀分布且高度呈梯度递增排布，所述竖直方向挡板间隔均匀且高度相同，所述传感器阵列的各个传感器放置于所述水平方向挡板与竖直方向挡板交叉形成的凹槽中，
所述换气接口装置，用于使从外界输入的待测样气流入至所述样气室，以及将检测完成后的样气排出到外界；
所述样气室，用于存储所述待测样气；
所述压力传感器，用于控制所述样气室中的待测样气的流量和流速；
所述气体传感器阵列，用于对所述待测样气进行检测，输出所述待测样气的响应信息，
优选的，所述电子鼻装置还包括阀门控制装置，所述阀门控制装置包括双向抽气泵、双向电磁阀和第一橡胶垫圈，所述双向抽气泵与换气接口装置通过所述第一橡胶垫圈密封相连，所述双向电磁阀与所述样气室通过所述第一橡胶垫圈密封连通，其中，
当所述双向电磁阀开启，并且所述双向抽气泵正向开启时，所述待测样气由所述换气接口装置流入至所述样气室中；
当所述双向电磁阀开启，并且所述双向抽气泵反向开启时，所述样气室内的检测完的样气经所述换气接口装置排出至外界。
优选的，所述阀门控制装置还包括单向进气阀和第二橡胶垫圈，所述单向进气阀设于所述样气室上方，所述单向进气阀与所述样气室通过第二橡胶垫圈密封相连，其相连处设置有活性炭过滤层，当所述单向进气阀和双向电磁阀均开启，并且所述双向抽气泵反向开启时，将经过所述活性炭过滤层吸附过滤后的空气作为标准气体，并经过所述单向进气阀进入样气室进行清洁和恢复气体传感器，清洁完成后再经所述换气接口装置排出至外界。
优选的，所述样气室呈橄榄型，并采用铜材质且其内壁涂有特氟龙。
优选的，所述压力传感器将采集所述样气室的压力信号转换为电信号，对所述电信号进行分析，基于所述分析结果调节所述双向电磁阀的开启和关闭，控制所述样气室中的待测样气的流量和流速。
优选的，所述传感器阵列固定装置与所述样气室连接为一体，其与所述样气室底部水平方向的倾斜角度小于30°，所选用的材质为铜材质。
优选的，所述传感器阵列固定装置包括固定夹、多个导线孔和多根传感器信号线，所述固定夹用于夹持所述气体传感器阵列；在所述固定夹上设置有导线孔；所述传感器信号线通过所述导线孔穿出样气室，与外面的信号处理装置相连接；所述传感器信号线与导线孔间通过可调节橡胶圈密封连接。
优选的，所述电子鼻装置还包括电源装置，为所述双向抽气泵、双向电磁阀、单向进气阀、压力传感器和气体传感器阵列提供电源。
优选的，所述电子鼻装置包括开关按键，用以打开和关闭所述电子鼻装置。
优选的，所述电子鼻装置还包括模式选择按键，所述模式选择按键包括进气、排气和清洁模式选择。
与现有技术相比，本发明一种电子鼻集装置，所带来的有益效果为：
(1)、采用压力传感器取代气体流量计，定量控制气体的流速及流量，不仅更适用于手持电子鼻装置，更能节约电子鼻系统的成本；
(2)、结合双向电磁阀、单向进气阀和双向抽气泵实现样气的采集以及气体传感器的清洁功能，提高电子鼻系统的工作效率；
(3)、采用铜材质实现样气室的恒温控制，避免因传感器阵列工作时产生的温度差异影响样气室内气体传播，样气室内壁涂有特氟龙，避免气味吸附，提高电子鼻系统的检测精度；
(4)、各部分连接处设置有密封垫圈，为气体传感器提供密闭工作条件，使电子鼻检测排除外界环境的干扰，系统识别结果更客观准确；
(5)、传感器阵列固定装置倾斜且高度呈梯度递增分布，使得不同位置的气体传感器信号因气体扩散特性产生时间差，待测气体可在气体传感器表面形成涡流，使得气体传感器表面待测气体富集，提高检测精度，为电子鼻系统的后续处理、区分不同气体提供更多方式。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电子鼻装置的系统示意图。
图2是根据本发明的一个具体实施例的电子鼻装置的示意图。
图3是根据本发明的一个具体实施例的电子鼻装置的具体示意图。
附图说明：
10-换气接口装置，20-样气室，30-压力传感器，40-气体传感器阵列，50-传感器阵列固定装置，60-阀门控制装置，70-电源装置，80-开关按键，90-模式选择按键，501-固定夹，502-导线孔，601-双向抽气泵，602-双向电磁阀，603-第一橡胶垫圈，604-单向进气阀，605-第二橡胶垫圈。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示的本发明的一个实施例，一种电子鼻装置，包括换气接口装置10、样气室20、压力传感器30、气体传感器阵列40、传感器阵列固定装置50，其中，所述压力传感器30设置于所述样气室20底部，并设置于所述传感器阵列固定装置50的前端，所述传感器阵列固定装置50与所述样气室20底部水平方向呈一倾斜角度，所述传感器阵列固定装置50设置有水平方向挡板和竖直方向挡板，所述水平方向挡板间隔均匀分布且高度呈梯度递增排布，所述竖直方向挡板间隔均匀且高度相同，所述传感器阵列40的各个传感器放置于所述水平方向挡板与竖直方向挡板交叉形成的凹槽中，
所述换气接口装置10，用于使从外界输入的待测样气流入至所述样气室20，以及将检测完成后的样气排出到外界；
所述样气室20，用于存储所述待测样气；
所述压力传感器30，用于控制所述样气室20中的待测样气的流量和流速；
所述气体传感器阵列40，用于对所述待测样气进行检测，输出所述待测样气的响应信息。
所述换气接口装置10与外界相连通，设置于所述样气室20的前端，从外界输入的待测样气经换气接口装置10进入样气室，检测完成后的样气再经换气接口装置10排出到外界。所述电子鼻装置还包括阀门控制装置60，所述阀门控制装置60包括双向抽气泵601、双向电磁阀602和第一橡胶垫圈603，所述双向抽气泵601与换气接口装置10通过所述第一橡胶垫圈603密封相连，所述双向电磁阀602与所述样气室30通过所述第一橡胶垫圈603密封连通。当所述双向电磁阀602开启，并且所述双向抽气泵601正向开启时，使双向电磁阀602进口压力大于出口压力，所述待测样气由所述换气接口装置10流入至所述样气室20中；当所述双向电磁阀602开启，并且所述双向抽气泵601反向开启时，使双向电磁阀602的出口压力大于进口压力，所述样气室20内的检测完的样气经所述换气接口装置10排出至外界。当双向电磁阀602断电时，截止气体流通。
所述阀门控制装置60还包括单向进气阀604和第二橡胶垫圈605，单向进气阀604设于所述样气室20上方，所述单向进气阀604与所述样气室20通过第二橡胶垫圈605密封相连，其相连处设置有活性炭过滤层。当所述单向进气阀604和双向电磁阀602均开启，并且所述双向抽气泵601反向开启时，将经过所述活性炭过滤层吸附过滤后的空气作为标准气体，并经过所述单向进气阀604进入样气室20进行清洁和恢复气体传感器，清洁完成后再经所述换气接口装置10排出至外界。通过双向抽气泵和双向电磁阀组合控制，实现样气的收集和排出；通过单向进气阀实现传感器阵列的清洁，实现了集样气收集、检测及清洁于一体的电子鼻装置，提高了电子鼻装置的检测灵敏度和检测工作效率。
所述样气室20呈橄榄型，并采用铜材质且其内壁涂有特氟龙，避免清洁清洁样气室时遗留死角且降低气味吸附问题，提高电子鼻装置的检测精度。该电子鼻装置采用同材质，利用铜材料良好的导热性，及时将气体传感器工作时产生的温度变化传导至整个装置，实现整个样气室的恒温控制，避免温度差异的影响气体的传播速率和气体传感器的检测精度。
所述压力传感器30设置于所述样气室20的底部，置于所述气体传感器固定装置50的前端。压力传感器30将采集所述样气室20的压力信号转换为电信号，结合气体状态方程PV＝nRT对所述电信号进行分析，基于所述分析结果调节所述双向电磁阀602的开启和关闭，控制所述样气室20中的待测样气的流量和流速。比如，清洁和恢复气体传感器时可采用较慢的流速直至气体传感器恢复初始参数，再依次关闭单向进气阀604、双向抽气泵601、双向电磁阀602。采用压力传感器代替现有技术通常选用的气体流量计，将压力传感器设置在装置底部的内壁，从而根据压力传感器的电信号来控制气体的流速和流量，在极大程度上节约装置的成本。
所述传感器阵列固定装置50设置所述样气室20的后端，与所述样气室20连接为一体，与所述样气室20底部水平方向呈一倾斜角度，所述倾斜角度小于30°，其选用铜材质，利用铜材质的良好导热性，传感器阵列固定装置50将气体传感器工作时的温度变化传导至整个样气室，从而实现样气室的恒温控制。所述传感器阵列固定装置50包括固定夹501、多个导线孔502和多根传感器信号线503(图中未标出)，所述固定夹501用于夹持所述气体传感器阵列40，可调节移动。所述固定夹501设置有水平方向挡板和竖直方向挡板，所述水平方向挡板间隔均匀分布且高度呈梯度递增排布，所述竖直方向挡板间隔均匀且高度相同，所述传感器阵列40的各个传感器放置于所述水平方向挡板与竖直方向挡板交叉形成的凹槽中。凹槽可兼容不同规格的传感器，此结构使得待测样气在气体传感器表面形成涡流，使得气体传感器表面待测样气富集，从而提高电子鼻装置的检测精度。在所述固定夹501上设置有导线孔502。所述传感器信号线503通过所述导线孔502穿出样气室20，与外面的信号处理装置相连接。传感器信号线503与导线孔502间通过可调节橡胶圈密封连接。电子鼻装置内部倾斜设置气体传感器固定装置，通过流体力学分析，设计挡板高度梯度递增的传感器阵列固定装置，使得每个位置的传感器获得不同的信号，不同位置气体传感器所获得的信号因气体传播特性产生时间差，为后续的气味检测提供更多的处理方式。
所述电子鼻装置还包括电源装置70，所述电源装置70置于样气室20的最后端，为所述双向抽气泵601、双向电磁阀602、单向进气阀40、压力传感器30和气体传感器阵列40提供电源。
所述电子鼻装置上还包括开关按键80和模式选择按键90，当开始检测时，单次按压开关按键80用以打开所述电子鼻装置，当检测完成后再次按压开关按键80用以关闭所述电子鼻装置。所述模式选择按键90包括进气、排气和清洁模式选择，以及设置对应的气体流量流速参数。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种电子鼻装置，其特征在于，所述装置包括换气接口装置、样气室、压力传感器、气体传感器阵列和传感器阵列固定装置，其中，所述压力传感器设置于所述样气室底部，并设置于所述传感器阵列固定装置的前端，所述传感器阵列固定装置与所述样气室底部水平方向呈一倾斜角度，所述传感器阵列固定装置设置有水平方向挡板和竖直方向挡板，所述水平方向挡板间隔均匀分布且高度呈梯度递增排布，所述竖直方向挡板间隔均匀且高度相同，所述传感器阵列的各个传感器放置于所述水平方向挡板与竖直方向挡板交叉形成的凹槽中；
所述换气接口装置，用于使从外界输入的待测样气流入至所述样气室，以及将检测完成后的样气排出到外界；
所述样气室，用于存储所述待测样气；
所述压力传感器，用于控制所述样气室中的待测样气的流量和流速；
所述气体传感器阵列，用于对所述待测样气进行检测，输出所述待测样气的响应信息。
2.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述电子鼻装置还包括阀门控制装置，所述阀门控制装置包括双向抽气泵、双向电磁阀和第一橡胶垫圈，所述双向抽气泵与换气接口装置通过所述第一橡胶垫圈密封相连，所述双向电磁阀与所述样气室通过所述第一橡胶垫圈密封连通，其中，
当所述双向电磁阀开启，并且所述双向抽气泵正向开启时，所述待测样气由所述换气接口装置流入至所述样气室中；
当所述双向电磁阀开启，并且所述双向抽气泵反向开启时，所述样气室内的检测完的样气经所述换气接口装置排出至外界。
3.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述阀门控制装置还包括单向进气阀和第二橡胶垫圈，所述单向进气阀设于所述样气室上方，所述单向进气阀与所述样气室通过第二橡胶垫圈密封相连，其相连处设置有活性炭过滤层；
当所述单向进气阀和双向电磁阀均开启，并且所述双向抽气泵反向开启时，将经过所述活性炭过滤层吸附过滤后的空气作为标准气体，并经过所述单向进气阀进入样气室进行清洁和恢复气体传感器，清洁完成后再经所述换气接口装置排出至外界。
4.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述样气室呈橄榄型，并采用铜材质且其内壁涂有特氟龙。
5.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述压力传感器将采集所述样气室的压力信号转换为电信号，对所述电信号进行分析，基于所述分析结果调节所述双向电磁阀的开启和关闭，控制所述样气室中的待测样气的流量和流速。
6.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述传感器阵列固定装置与所述样气室连接为一体，其与所述样气室底部水平方向的倾斜角度小于30°，所选用的材质为铜材质。
7.如权利要求6所述的电子鼻装置，其特征在于，所述传感器阵列固定装置包括固定夹、多个导线孔和多根传感器信号线，所述固定夹用于夹持所述气体传感器阵列；在所述固定夹上设置有导线孔；所述传感器信号线通过所述导线孔穿出样气室，与外面的信号处理装置相连接；所述传感器信号线与导线孔间通过可调节橡胶圈密封连接。
8.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述电子鼻装置还包括电源装置，为所述双向抽气泵、双向电磁阀、单向进气阀、压力传感器和气体传感器阵列提供电源。
9.如权利要求1所述的电子鼻装置，其特征在于，所述电子鼻装置包括开关按键，用以打开和关闭所述电子鼻装置。
10.如权利要求9所述的电子鼻装置，其特征在于，所述电子鼻装置还包括模式选择按键，所述模式选择按键包括进气、排气和清洁模式选择。
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