CN113009087A - 一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统,包括机箱、进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块,其中:进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块都安装在机箱中,进样模块进样口的固定在机箱正面的机箱开口处,箱门连接在机箱开口处,进样模块的出气口通过导管与清洗模块连接,清洗模块固定在机箱底部载板上,电源模块和散热模块固定在机箱内部两侧,采集及控制模块分别通过导线与进样模块、清洗模块、电源模块、散热模块电连接,底部载板固定在机箱底板上。
Description
技术领域
发明属于气味检测领域,具体涉及一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统,用于样品挥发性气味信息数据的分析。
背景技术
电子鼻是一种能够模仿生物嗅觉的人工嗅觉系统,由于它能够辨别各种各样具有复杂挥发性气味的样本,因此被广泛应用于分析气体混合物的化学组分,在这类应用中,对复杂混合气体的分析判别和定性识别是研究和应用的重点
值得注意的是,电子鼻与传统分析仪器相比,检测样品的方式是截然不同的,使用传统分析仪器通常是识别样品或样品混合物中的单个化学物质,而电子鼻是将样品或样品混合物作为一个整体,采用一种聚类分析、模式识别的模糊判断方法来与检测指标建立联系,并不分析出某次检测样本中化学物质的具体组分和浓度。通常在大多数情况下,待检测的样品挥发出的化学物质种类高达数十种甚至上百种,因此相较于传统分析方法,电子鼻检测样品的操作更加简洁快速,从而节省了时间和人力成本,更加重要的是,电子鼻技术并非传统检测方法一样具有破坏性,这使得这项技术在粮油、肉类、酒品、茶叶、中药材等食品行业以及污水处理、空气质量分析等环保行业得到了广泛的研究和应用。
目前,尚缺少一种能够独立实现气味采集,分析的电子鼻系统,为此,本发明提一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统。
发明内容
为实现本发明之目的,采用以下技术方案予以实现:
一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统,包括机箱、进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块,其中:进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块都安装在机箱中,进样模块进样口的固定在机箱正面的机箱开口处,箱门连接在机箱开口处,进样模块的出气口通过导管与清洗模块连接,清洗模块固定在机箱底部载板上,电源模块和散热模块固定在机箱内部两侧,采集及控制模块分别通过导线与进样模块、清洗模块、电源模块、散热模块电连接,底部载板固定在机箱底板上。
所述的气味信息采集系统,其中:所述进样模块包括样品气室和气敏传感器阵列,样品气室固定在机箱底部载板上,样品气室进样口固定在机箱正面开口处,样品气室出气口通过软管与清洗气泵进气口连接,气敏传感器阵列固定在样品气室内部上方。
所述的气味信息采集系统,其中:所述采集及控制模块包括开发板、触摸显示屏、数据采集卡和开关继电器,数据采集卡通过导线与气敏传感器阵列、开关继电器连接,开关继电器固定在底部载板上,开关继电器通过导线与清洗气泵连接,开发板用于控制气味信息采集系统的工作。
所述的气味信息采集系统,其中:所述清洗模块包括清洗气泵、气泵减震座和气泵底座,清洗气泵通过气泵减震座固定在气泵底座上,气泵减震座固定在气泵底座上,气泵底座固定在底部载板上。
所述的气味信息采集系统,其中:所述电源模块包括开关电源和电源扩展板,开关电源固定在侧载板上,电源扩展板固定在底部载板上,开关电源通过导线与电源扩展板连接,电源扩扩展板通过导线与气敏传感器阵列、清洗气泵、开关继电器、开发板、触摸显示屏连接,为其提供各自所需的电压。
附图说明
图1为一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统结构示意图;
图2为样品气室和气敏传感器阵列组合示意图。
附图标记:1.锁扣2.箱门3.机箱箱体4.触摸显示屏5.数据采集卡6.开关电源7.UPSquared Board开发板8.侧载板9.散热风扇10.样品气室11.清洗气泵12.气泵减震座13.气泵底座14.开关继电器15.电源扩展板16.载板17.样品气室出气口18.气敏传感器阵列。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1-2所示,基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统包括机箱(3)、进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块、散热模块。进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块都安装在机箱(3)中。
进样模块进样口朝向机箱(3)正面的机箱开口设置,箱门(2)连接在机箱开口处,用于样品气室(10)内部与外界环境隔离,进样模块的出气口通过导管与清洗模块连接,清洗模块固定在机箱(3)底部载板上,电源模块和散热模块固定在机箱(3)内部两侧,采集及控制模块分别通过导线与进样模块、清洗模块、电源模块、散热模块电连接。底部载板固定在机箱(3)底板上。
所述进样模块包括:样品气室(10)、气敏传感器阵列(18)。样品气室(10)通过螺栓固定在机箱(3)底部载板上,样品气室(10)进样口固定在机箱(3)正面开口处,样品气室出气口(17)通过软管与清洗气泵(11)进气口连接,气敏传感器阵列(18)通过螺栓连接固定在样品气室(10)内部上方。
所述气敏传感器阵列(18)所包括的气敏传感器型号及其敏感特性为:MQ7(一氧化碳、甲烷、氢气敏感)、MQ136(硫化氢、甲烷、一氧化碳敏感)、MQ137(氨气、乙醇、氢气敏感)、MQ138(苯、甲苯、乙醇、甲醛、甲醇、丙酮敏感)、MQ139(丙酮、甲苯、酒精、氨气、氟利昂气体敏感)、TGS813(氢气、异丁烷、丙烷、乙醇、甲烷敏感)、TGS2600(氨气、乙醇、异丁烷、一氧化碳、甲烷敏感)、TGS2603(乙醇、三甲胺、甲硫醇、硫化氢、氢气敏感)。
所述的样品气室(10)采用了3D打印的加工方式,采用聚十二内酰胺(PA12),热变形温度在145℃左右,且韧性好、强度高,加工完成后无特殊挥发性气味,表面较为光滑。
所述采集及控制模块包括UP Squared Board开发板(7)、触摸显示屏(4)、数据采集卡(5)、开关继电器(14)。UP Squared Board开发板(7)通过螺栓固定在侧载板(8)上,侧载板(8)固定在机箱(3)侧壁上,UP Squared Board开发板(7)通过数据线与触摸显示屏(4)、数据采集卡(5)连接,触摸显示屏(4)通过螺栓固定在机箱(3)正面,数据采集卡(5)通过螺栓固定在底部载板上,数据采集卡(5)通过导线与气敏传感器阵列(18)、开关继电器(14)连接,开关继电器(14)通过螺栓固定在底部载板(16)上,开关继电器(14)通过导线与清洗气泵(11)连接,用于控制清洗气泵的启停。UP Squared Board开发板(7)用于控制其他电气装置的工作。
所述清洗模块包括清洗气泵(11)、气泵减震座(12)、气泵底座(13)。清洗气泵(11)通过气泵减震座(12)固定在气泵底座(13)上,气泵减震座(12)通过螺栓连接固定在气泵底座(13)上,气泵底座(13)通过螺钉固定在底部载板(16)上。
所述散热模块主要为散热风扇(9),散热风扇(9)通过螺栓固定在机箱(3)上,散热风扇(9)通过导线与开关继电器(14)连接。
所述电源模块包括开关电源(6)、电源扩展板(15)。开关电源(6)通过螺栓固定在侧载板(8)上,电源扩展板(15)通过螺栓固定在底部载板(16)上,开关电源(6)通过导线与电源扩展板(15)连接,电源扩扩展板(15)通过导线与气敏传感器阵列(18)、清洗气泵(11)、开关继电器(14)、UP Squared Board开发板(7)、触摸显示屏(4)连接,为其提供各自所需的电压。
金属氧化物气敏传感器阵列的气味信息采集系统具体工作流程为:
首先将整个系统上电,打开设备开关,将系统预热至少30min,目的是为了能使气敏传感器阵列检测更加准确,同时开启风扇为机箱内部散热。
然后通过触摸显示屏控制操作软件,点击按钮,开始进行采样,当触摸显示屏中提示“请放入样品”,打开箱门,从进样口向样品气室(10)中放入样本,关闭箱门并将锁扣锁住,保证样品气室密封,防止外部气体干扰。
气敏传感器和数据采集卡开始工作,采样时间为300s,当采样时间达到300s时,打开箱门,取出样品,打开清洗气泵,将样品气室中的残留气味清除,以免残余气体影响下一次采集。
采集到的气味信息数据会由UP Squared Board开发板(7)自动存储在相应文件夹的文档中,通过触摸显示屏控制UP Squared Board开发板(7)中的操作软件即可完成后续数据处理及分析,最终得到相应的检测结果。
本发明的基于金属氧化物气敏传感器阵列的气味信息采集系统,能够脱离计算机独立完成工作,内部结构紧凑,体积相对较小,方便携带,该系统操作简单方便,不需要针对样品进行任何处理即可获得样品原始的气味信息,即可将采集到的数据存储下来,并进行数据的处理与分析,具有无损、快速等优点。
Claims (2)
1.一种基于金属氧化物气敏传感器阵列的电子鼻检测系统,包括机箱、进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块,其特征在于:进样模块、采集及控制模块、清洗模块、电源模块和散热模块都安装在机箱中,进样模块进样口的固定在机箱正面的机箱开口处,箱门连接在机箱开口处,进样模块的出气口通过导管与清洗模块连接,清洗模块固定在机箱底部载板上,电源模块和散热模块固定在机箱内部两侧,采集及控制模块分别通过导线与进样模块、清洗模块、电源模块、散热模块电连接,底部载板固定在机箱底板上。
2.根据权利要求1所述的气味信息采集系统,其特征在于:所述进样模块包括样品气室和气敏传感器阵列,样品气室固定在机箱底部载板上,样品气室进样口固定在机箱正面开口处,样品气室出气口通过软管与清洗气泵进气口连接,气敏传感器阵列固定在样品气室内部上方。
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