CN1301342A

CN1301342A - 手持传感装置

Info

Publication number: CN1301342A
Application number: CN99806274A
Authority: CN
Inventors: S·A·松夏因; M·G·斯坦因塔尔; C·K·伯尔; R·K·纳卡雅马
Original assignee: Smiths Detection Pasadena Inc
Current assignee: Smiths Detection Pasadena Inc
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2001-06-27
Also published as: EP1064530A2; WO1999047905A3; JP2003526768A; AU756085B2; WO1999047905A2; AU3105099A; EP1064530B1; CA2325137A1; IL138587A; NZ507177A; CA2325137C; EP1064530A4; IL138587A0

Abstract

蒸气或分析物传感装置足够小而轻,可以手持,而且模块化,因此该装置便于检测各种指定蒸气或分析物的存在和身份。装置用一传感器模块提供了这样的好处,其中传感器模块包括一个样品室(810)和多个传感器(820)。传感器位于一芯片或板(830)上,而芯片或板位于样品室内或附近,可拆卸。可以有选择地将传感器模块(150c)构造成可拆卸地插入装置内的一个插座中。蒸气或分析物被引导通过带盖子(832)的样品室,这时传感器(820)响应于每一种蒸气/分析物产生不同的电信号组合。传感器模块的传感器可以采用化学敏感电阻器的形式,其电阻根据相邻蒸气/分析物的浓度/身份而变化。

Description

手持传感装置对相关申请的交叉参考

本发明是1998年10月23日提交的美国专利申请第09/178,443号的部分连续申请，是1998年3月20日提交的美国专利申请第09/045,237号部分连续申请。本申请还是1998年8月27日提交的美国专利申请第09/141,847号的部分连续申请。本申请还要求1999年3月3日提交的、名称为“电子鼻装置”的美国临时申请第＿＿＿＿号的利益。所有这些申请的全部内容通过引用包括在此。

发明背景

本发明涉及用便携式传感设备检测和鉴别分析物。尤其，本发明涉及便携式手持电子鼻(e-nose)装置。

电子鼻是一种用来检测气体、溶体和固体中蒸气或化学分析物的仪器。在某些情况下，电子鼻用来模拟哺乳动物的嗅觉系统。一般来说，电子鼻系统具有一个传感器阵列，其中传感器与模式识别算法结合使用。组合化学传感器，可以产生蒸气或气体的专用模式或指纹，由此识别算法可以识别和/或量化感兴趣的分析物。因此，电子鼻能够识别出不知道的化学分析物、气味和蒸气。

在实践中，向电子鼻提供诸如气味或蒸气等物质，然后传感器将物质输入转换成一种响应，例如电学响应。然后，将该响应与早先已经存储的已知响应比较。将未知物质的专用化学签名(signature)与已知物质的签名进行比较，可以确定未知分析物。在对各类气体和气味作出响应的电子鼻中，可以使用各种传感器。

电子鼻有广泛的商业应用，包括但不限于环境毒理学和补救、生物医学，例如微有机物分类或检测、材料质量控制、食品和农产品监测、重工业制造、环境空气监测、工人保护、排污控制和产品质量测试。在这些应用中，有许多应用需要便携装置，因为需要装在现场，或者不能接近较大的实验室台式装置。传统上，大多数电子鼻都是较大的、笨重的实验室装置，不能用于现场和试验工场。如果有的话，便携或手持装置将提供试验工场和现场所要求的可携带能力。不幸的是，迄今已经开发的便携式化学检测器存在许多局限，致使它们不能被广泛接受。

例如，颁发给Neel等人的美国专利第5,356,594号揭示了一种为检测挥发性废物排放而设计的便携式挥发性有机物监测装置。该装置包括一个条形码阅读器，用于调查排污地点。该装置包括单个对离子化气体作出响应的传感器，但该装置只检测挥发性化合物的量(即，浓度)。该装置不能识别挥发性的有机化合物。因此，该装置只是一种蒸气量记录器，不是便携式电子鼻。因此，要求用户已知被量化蒸气的身份，或者必须将该信息存储在别处。

颁发给Stetter的美国专利第4,818,348号揭示了另一例便携装置。尽管该便携装置比前例更高级，但它仍有许多局限。在此情况下，装置能够识别一种气体或蒸气，但由于传感器构造的局限，所以应用受很大限制。永久性地固定组成阵列的传感器，因此装置所能识别的分析物和气体数量和种类是非常少的。另外，由于被识别的分析物或蒸气按不同的量与阵列中的每个传感器相互作用，所以装置的再现性和稳定性受很大限制。在识别未知物时，这些局限影响了装置的精度。

鉴于以上分析，本领域需要一种便携式电子鼻，在某些情况，需要一种手持式电子鼻。另外，需要一种能够在各种场合下使用的装置，它能够精确地对各种气体、分析物和流体作出响应。需要一种非常通用、稳定的蒸气传感装置，它能满足范围广泛的工业和用户的需要。本发明能够满足这些和其他需要。

发明内容

本发明总体上涉及一传感设备(也称为电子鼻)。该设备小型化，并且在某些实施例中，被构造成一种手持装置。电子鼻可以用来测量、识别(例如，检测和/或分类)或者量化诸如蒸气、液体、气体、固体等介质中的一种或多种分析物。电子鼻的一些实施例至少包括两个传感器(即，传感器阵列)，并且在一些其它的实施例中，大约有2至200个传感器排成阵列，最好是大约4至50个传感器排成阵列。

电子鼻是通用型的，并且满足各种工业中广泛应用的要求。在某些实施例中，装置被设计为细长的、具有各种功能的手持式便携装置。在一些其它实施例中，装置被设计成具有全功能的便携式现场工具。电子鼻装置一般包括一个内部处理器，用于处理样品并报告数据。可选择将装置与一计算机相连，诸如个人计算机，用于存取被建立的和改进的特征，并且传递数据文件。

在一些实施例中，电子鼻装置的部件安排在模块中，模块可以在必要时安装、交换和替换。例如，如下所述，可以将传感器模块、采样棒或鼻、电池组、过滤器、电子线路和其它部件模块化。这种模块设计提高了使用率，改善了性能，降低了成本，并且提供了附加的灵活性和其它传统电子鼻装置中不能获得的好处。

本发明的具体实施例提供了一种手持传感设备，它包括外壳、传感器模块、样品室和分析器。传感器模块和分析器安装在外壳内。传感器模块至少包括两个传感器，传感器提供不同的特征响应或签名响应，而响应则可以用来测量、识别(例如，检测和/或分类)或量化试样中存在的分析物。样品室由外壳或传感器模块或者两者来限定，并且样品室包括一进端和一出端。传感器位于样品室内或附近。分析器被构造成用于分析来自传感器特定的响应，并且根据特定响应识别或量化试样内的分析物。

在上述实施例的变化中，手持传感设备的外壳包括一插座，并且传感器模块可拆卸地安装在外壳的插座中。在该实施例中，传感器模块可以包括一个或多个传感器。

本发明的另一个具体实施例提供了一种传感器模块，该传感器模块被构造成与传感设备一起使用。传感器模块位于限定一插座的外壳内。传感器模块包括盒子、样品室、进端、出端、至少两个传感器和一个电连接器。盒子的大小和结构允许其容纳在传感设备的插座中。进端被构造成当传感器模块容纳在插座中时与传感设备的一个连接端进行可解除的啮合。进端接收来自传感设备的试样，并将试样导入样品室。出端被构造成从样品室排放试样。传感器位于样品室内或附近，并且被构造成当暴露于样品室内一个或多个分析物时提供不同的响应。电连接器被构造成当传感器模块容纳在插座中时与传感设备中配对的电连接器可解除地啮合。电连接器将来自传感器的特征信号传送给传感设备。

本发明的又一个具体实施例提供了一种用于测量样品室内一个或多个分析物浓度的手持传感设备。该传感设备包括两个或多个化学敏感电阻器、调节电路、模/数转换器(ADC)和分析器。每个化学敏感电阻器的电阻都根据样品室内一个或多个分析物的浓度而变化。调节电路与化学敏感电阻器连接，并且产生一个表示电阻器电阻的模拟信号。ADC与调节电路相连，并且响应于模拟信号提供一数字信号。分析器与ADC相连，并且根据该数字信号确定样品室内分析物的身份或浓度。

本发明的再一个具体实施例提供了一种手持式蒸气传感设备，它包括传感器模块，所述传感器模块包括一插入式蒸气传感器阵列，对一种或多种不同的蒸气提供不同的电气响应。设备包括手持式外壳，并且可选择地将传感器模块可拆卸地安装在外壳内的插座中。传感器模块限定了一个样品室，传感器模块的蒸气传感器阵列暴露于样品室。样品室包括一个蒸气进口和一个蒸气出口，并且将一个泵安装在外壳内，引导蒸气样品从蒸气进口通过样品室到达蒸气出口。监测装置也安装在外壳内，用于监测蒸气传感器阵列的电气响应，并且产生多个相应的传感器信号。另外，分析器被安装在外壳内，用于分析多个传感器信号，并且识别由泵引导通过样品室的任何蒸气样品。

在本发明更详细的特征中，手持式蒸气传感设备还包括一控制器或处理器，它用于控制泵，以便引导多种参考蒸气中的一种蒸气或未知蒸气样品通过样品室。当控制器正在控制泵，引导多种参考蒸气中的一种蒸气通过样品室时，监测装置监测蒸气传感器阵列的电气响应，产生一参考签名。然后，当控制器正控制泵，引导未知蒸气样品通过样品室时，监测装置监测蒸气传感器阵列的电气响应，产生一蒸气样品签名。然后，分析器将蒸气样品签名与多个参考签名比较，识别出未知蒸气样品。

在本发明的其它更详细的特征中，手持式蒸气传感设备的样品室由传感器模块单独限定，并且将样品室密封，使其与外界环境隔离，除了蒸气进口和蒸气出口。另外，每个传感器模块都包括多个第一电连接器和多个基本上具有相同大小和形状的装置，这些装置一起支持蒸气传感器阵列，并且每个装置都沿其一个边缘包括第二电连接器，用于与第一电连接器中的一个配对啮合。

在本发明另一些更详细的特征中，手持式蒸气传感设备还包括一电路，该电路控制蒸气传感器阵列的温度。另外，当传感器模块可拆卸地安装在外壳的插座中时，模块带有一标识符，用于标识其所带的蒸气传感器，并且监测器还被构造成用于读取由容纳在插座中的传感器模块所携带的标识符。

在一实施例中，传感器用化学敏感电阻器来实现，电阻器的电阻根据样品室内一种或多种规定蒸气的浓度而变化。这些化学敏感电阻器每一个都与分立的参考电阻器串联，并且连接在参考电压和地之间，致使为每个化学敏感电阻器建立一模拟信号。模/数转换器响应于这些模拟信号和参考电压，产生表示各种化学敏感电阻器之电阻的数字输出信号。可以包括复用器，用于按顺序将各种模拟输出信号与模/数转换器相连。另外，分析器响应于数字输出信号，确定样品室内是否存在一种或多个规定的蒸气和/或其浓度。

结合附图，通过以下较佳实施例的描述，应该清楚本发明的其它特征和长处。作为举例，附图说明了本发明的原理。

附图概述

图1示出了操作人员使用本发明电子鼻装置的情况。

图2A和2B分别是电子鼻装置一实施例的透视顶视图和底视图。

图3A示出了电子鼻装置另一实施例的6个透视图。

图3B示出了图3A电子鼻装置中鼻的四个不同的实施例。

图4示出了电子鼻装置子系统的一个实施例。

图5是透视分解图，示出了图2A中电子鼻装置的一些主要部件。

图6A和图6B是透视分解图，示出了电子鼻装置机械子系统的两个实施例。

图6C是透视分解图，示出了滤波器的一个实施例。

图7A和图7B分别是透视图和顶部截面图，示出了一个传感器模块实施例，该传感器模块在两个样品室内包括四个传感器装置。

图7C是传感器阵列装置的透视图。

图8A和8B分别是透视图和顶部截面图，示出了另一个传感器模块实施例，该传感器模块在单个样品室内包括四个插入式传感器装置。

图9A-9C分别是透视图、侧视截面图和顶部的部分截面图，示出了又一个传感器模块实施例，该传感器模块包括单个传感器阵列装置。

图10示出了电子鼻装置的各种附件。

图11是一透视图，示出了在充电座上垂直放置且与主计算机耦连的电子鼻装置。

图12A示出了电子鼻装置内电路的实施例。

图12B示出了用来测量化学敏感电阻器之电阻的分压网实施例。

图12C示出了电子鼻装置内电路的另一个实施例。

图13A-13G是合适流程图的实施例，示出了在执行测量和分析过程中，电子鼻装置所完成的功能步骤。

图14示出了电子鼻装置菜单选择的实施例。

图15示出了用本发明的手持设备对一系列酯的响应进行主要成份分析。

具体实施例的描述

图1示出了使用本发明电子鼻装置100的操作人员。在图1所示的实施例中，电子鼻装置100是便携的手持仪器，用于检测一具体样品中是否存在一种或多种特定的分析物。如这里所使用的，样品是一个单位的蒸气、液体、溶体、气体、固体或其它形式的分析物质，以及它们的混合物。因此，样品包括化学分析物、气味、蒸气和其它。样品可以包括单种分析物或者多种分析物。在图1中，电子鼻装置100用于工业监视和检测，即识别和量化从工业阀门装置中溢出的有害气体。

图2A是一顶部透视图，示出了电子鼻装置100a的一个实施例。电子鼻装置100a包括一个伸长的外壳110a，外壳的底端尺寸便于操作人员用手握持。显示器120a和几个按钮控制开关122a-122c位于外壳的正面，以便于操作人员观察和接触。在装置的各种操作模式期间，用按钮开关122控制装置。显示器120a显示操作模式和装置检测结果之类的信息。

管状采样棒130和排出端134分别用来接收和排放被分析的样品。采样棒还称为鼻或嘴。图示表明，插入式传感器模块150a安装在位于电子鼻装置100a之底座的插座内。对传感器模块150a的操作将在以下作详细描述。位于外壳110a之底端110a的电连接器126允许与主计算机通信，并且电接触头128允许施加外部电力，用于操作电子鼻装置并且对电子鼻装置内的可充电电池充电。

图2B示出了电子鼻装置100a的底部透视图。如图2B所示，将一采样棒130a1适当固定，并且将第二采样棒130a2贮备在位于装置100a后面的伸长凹槽162内。不用时，采样棒130a可以贮藏起来，并且用一对弹性夹164a和164b可释放地固定在适当的位置。图示表明，插入式传感器模块150a已从其插座152上取下。

图3A示出了电子鼻装置另一个实施例100b的六个透视图。电子鼻装置100b包括鼻130b、显示器120b和一组按钮124。与电子鼻装置100a类似，电子鼻装置100b中的鼻130b与外壳110b作可拆卸的耦连。一组连接器127允许与外界装置和系统互连。

图3B示出了鼻130c-130f的四个不同的实施例。如这些例子所说明的，为了提高在特殊应用中的性能，可以对鼻进行特殊的尺寸设计。

图4示出了电子鼻100之子系统的实施例。图4的上半部分示出了电气子系统410，下半部分示出了用于处理试样的子系统412(即，基本上是机械子系统)。在子系统412内，试样通过鼻430接收，并提供给集管440。类似地，通过进端432接收参考或本底样品，并通过过滤器436提供给集管440。过滤器436可以是一个空的过滤器、碳过滤器或其它过滤器。集管440将试样和参考样品引向螺线管444，螺线管444选择一个样品作为其输出。被选中的样品通过集管440引向传感器模块450。传感器模块450至少包括两个传感器，它们用于检测被选样品中的分析物。传感器模块450产生一个表示被检测分析物的信号(或者“签名”)，并将该信号提供给电气子系统410。然后，将被选样品从传感器模块450，通过集管440，再通过泵460提供给排气端434。图4中的鼻430、进端432、排气端434和传感器模块450一般分别对应于图2A中的鼻130a、进端132、排气端134和传感器模块150a。

图4示出了子系统412的实施例。子系统412中还可以包括许多其它的部件和装置(未图示)。另外，对于实现本发明来说，图4所示的所有部件和装置不都是必要的。另外，可以按不同于图4所示的结构安装各部件和装置。例如，可以将泵460代替排气端434与螺线管444的输出耦连。

如图4实施例所示，电气子系统410包括PCB组件470，该PCB组件470与显示器472、电池组474、键板476、模拟端478、接口480以及开关482a和482b互连。显示器474可以是液晶显示器(LCD)，并且可以包括背后照明控制器驱动器和(可选择的)触垫(touchpad)。提供了对比度调节机构，以便调节显示器472。电气子系统410将在下面作进一步的详细描述。

图5是一透视分解图，示出了电子鼻装置100a的一些主要部件。图5还描绘了子系统412a的一个实施例。在使用过程中，将电子鼻100a构造成，通过采样棒130a从感兴趣的位置(即，与图1中阀门装置相邻的空间)吸入试样(即，蒸气、液体或气体介质)，并通过安装在插座152中的插入式传感器模块150a引导该样品。在通过端口512a和512b穿过传感器模块150a之后，通过位于装置侧面的排气端134向外引出样品。在装置各种操作模式期间的特殊时刻，通过进端132吸入参考样品，将参考样口传过传感器模块150a，然后通过排气端134释放。

装置的外壳110a可以由模制塑料制成，并且包括上半部分112a和下半部分112b。装置的许多内部部件方便且有效地安装在一印刷电路板(PCB)510上，PCB510基本上穿过装置的内部容积。显示器120a安装在PCB的顶端，通过形成于外壳之上半部分112a的孔520可以看见显示器。按钮控制开关122a-122c安装在显示器120a的下方，其位置使得它们可以从外壳上半部分112a中形成的大小相应的开口522中伸出。

阀门装置540安装在PCB510的下方，用于接收通过采样棒130a吸入电子鼻装置100a的试样，以及通过进端132吸入的参考样品。试样通过管子532从采样棒130a引入阀门装置，而干净样品通过管子534从进端132引入阀门装置。阀门装置540被构造成，可以从通过采样棒130a或进端132进入的两种源中选出一种源。从阀门装置540出发，通过管子536将来自所选源的样品引向插座152，通过插座152到达位于PCB上方的传感器模块150a。经过传感器模块分析之后，通过管子538将样品引导到位于PCB下方的泵560。最后，通过管子562将样品从泵560引导到排气端134，将样品从装置中排出。另一种方法是，将泵560安置在阀门装置540和传感器模块150a之间的路径上。在一实施例中，与被处理样品接触的部件(包括管子532、534、536、538和562)由惰性或无腐蚀性材料制成，例如聚四氟乙烯、不锈钢或涂聚四氟乙烯的金属等。图5中的阀门装置540一般地对应于图4的集管440和螺线管444，而泵560对应于泵460。

在某些方面，本发明的手持设备包括一个可选择的预浓缩器。有利地，对于某些分析物，诸如高蒸气压分析物，可以将分析物浓缩到吸收剂上。预浓缩器可以用来提高试样中分析物的浓度。预浓度器是由吸收材料组成的捕集器。在使用时，吸收材料从浓缩在吸收剂表面上的气体样品中吸收分子。接着，“解吸”样品并进行分析。合适的预浓缩材料包括但不限于聚合物吸收材料、未硅烷化的玻璃绒、聚四氟乙烯或者多孔玻璃纤维，以及类似的物质。将吸收材料装填在一管子中，诸如钢管。

在使用期间，将样品吸入捕集器，浓缩感兴趣的部分。在一些情况下，用一根电线缠绕管子，电线通电致热，由此解吸试样。然后，将样品传递到包含传感器的模块中。

预浓缩器可以安放在采样棒和传感器模块之间的各种位置上。在某些方面，可以将预浓缩器放在装置的管口，或者放在集管中，或者传感器模块上游的其它便利位置上。例如，可以将预浓缩器放置在阀门装置540内，或者藏在与阀门装置耦连的装置(图5中未示出)中。可选择地，将附加阀门安装在装置中，以便于预浓缩和检测。

预浓缩器中使用的、市场上可买到的合适的吸收材料包括但不限于TenaxTA、Tenax GR、Carbotrap、Carbopack B和C、Carbotrap C、Carbosieve SIII、Porapak、Spherocarb及其组合。较佳的吸收组合包括但不限于Tenax GR和Carbopack B；Carbopack B和Carbosieve SIII；以及Carbopack C和CarbopackB和Carbosieve SIII或Carboxen 1000。本领域的熟练技术人员知道其它合适的吸收剂。

电子鼻装置100的操作由处理器控制，处理器位于安装在PCB510之上方的电子单元570内。电子单元570还包括一个或多个存储装置，用于存储程序代码、数据和其它配置信息。电子单元以及对电子鼻装置的控制将在后面作更详细的描述。

图6示出了另一个子系统实施例412b的透视分解图。子系统412b包括一集管640a,集管640a安装在集管密封板642a上。集管640a包括用于固定阀(或螺线管)644a的配件、用于固定传感器模块650a的配件，以及用于固定泵660a的配件。样品通过集管640内的空腔和管子(示图示)在各种子组件(例如，阀644a、传感器模块650a和泵660a)之间传输。集管640a还包括一凹陷的开口648a，用于容纳过滤器636a。

图6B示出了又一个子系统实施例412c的透视分解图。子系统412c包括集管640b，集管640b通过密封板衬垫644b固定在集管密封板642b上。集管640b包括用于固定阀(或螺线管)644b的配件，以及用于固定泵660b的配件。过滤器盒646b位于集管640b的顶部，并且包括一凹陷的开口648b，用于容纳过滤元件。过滤器的盖子636b盖住凹陷的开口648b，并且O形环638b用于密封过滤器。样品通过集管640b内的空腔以及管子(未图示)在各种子组件(例如，阀门644b和泵660b)之间传递。

图6A和6B中的过滤器636、集管640、阀644、传感器模块650和泵660分别对应于图4中的过滤器436、集管440、螺线管444、传感器模块450和泵460。

图6C是过滤器实施例的透视分解图。过滤器包括圆形底部单元680，该底部单元680包括外壁682和内壁686。外壁682内开有一组小的开口，用于将样品吸入过滤器。内部圆环684遮住内壁686，并且内壁686中开有另一组小的开口，用于从过滤器中取出样品。用于过滤样品的过滤材料(例如，炭)放在外壁和内壁之间的空间内。O形环638b用来密封过滤器。

图7A-7B分别是传感器模块实施例150b的透视图和顶部截面图。传感器模块150b在两个样品室710a和710b内包括四个传感器装置。在图7A和图7B中，传感器模块150b被构造成不能可拆卸地与PCB固定，但在另一种情况下可以将传感器模块构造成插入式模块，诸如传感器模块150a。在具体的实施例中，传感器模块150b包含四个插入式传感器阵列装置720，每个传感器阵列装置都包括八个化学敏感的传感器740。传感器模块150b可以包括更多或更少的传感器阵列装置，并且每个传感器阵列装置可以包括更多或更少的传感器。四个传感器阵列装置720成对地垂直安装在一块板730上。带一对细长凹槽的盖子732固定在板730上，以便确定两个分离的样品室710a和710b，一个样品室用于每一对传感器阵列装置720。传感器阵列装置720的形状和大小相同，并且每个传感器阵列装置720可以安装在四个连接器或插座722的任何一个上，其中连接器或插座形成于板730中。

图7C是一个传感器阵列装置720的透视图。在一实施例中，每个传感器阵列装置720都包括一个由八个化学敏感传感器740组成的阵列，其中当每个化学敏感传感器740暴露于待检测的、试样运载的分析物时，它们都会提供特定的性能响应。在一实施例中，用对化学敏感的电阻器实现传感器，其中当化学敏感电阻器暴露于试样时，它会提供特定的电阻。多触头电连接器742沿传感器阵列装置720的下缘布置，并且被构造成可以插入四个插座722中的一个。颁发给Nathan S:Lewis等人的美国专利第5,575,401号揭示了这种合适的传感器阵列，该专利的发明名称为“用于检测液体中分析物的传感器阵列”，其内容通过引用包括在此。本领域的熟练技术人员应该理解，也可以使用其他各种对化学敏感的传感器或装置。

如图7B所示，试样从进端750引入，通过传感器模块150b，然后通过两个样品室710a和710b，到达出端760。传感器阵列装置720经布置，使得试样横向移过外露的化学敏感传感器。如图7B所示，将挡板762和764分别放置在每个样品室的前端和尾端，以便帮助提供有效的气流模式。

图8A和图8B分别是传感器模块另一实施例150c的透视图和顶部截面图。传感器模块150c在单个腔体或样品室810内包括四个插入式传感器装置820。样品室810由固定在板830上的盖子832部分限定。该结构经设计，可以为样品室内的试样提供较长的停留时间，这在一些应用中是有利的。

与图7A和7B中传感器阵列装置720上包括的化学敏感传感器一样，图8A和8B中传感器阵列装置820上包括的化学敏感传感器可以采用美国专利第5,575,401号所揭示的阵列形式。本本领的熟练技术人员应该理解，也可以使用其它各种化学敏感传感器或装置。

图9A和9B是传感器模块又一个实施例150d的透视图和侧视截面图。传感器模块150d包括单个传感器阵列装置920。在一具体的实施例中，传感器阵列装置920包括32个按两维格栅布置的化学敏感传感器，一般沿水平方向固定在插座922上。当然，传感器阵列装置920可以包括更多或更少的传感器。屏障924(见图9B和9C)覆盖在传感器阵列装置920上，并且在一实施例中，屏障924包括一个分离的开口926，用于覆盖每一个化学敏感传感器。屏障924与盖子932固定，屏障与盖子的结合限定了一个上室934和一个下室936。如图9B所示，待分析试样从进端950引入上室934，然后从上室通过屏障924进入下室936，在下室中试样流过化学敏感传感器。然后，试样通过出端960排出。同样，应该理解，还可以使用其它各种对化学敏感的传感器和装置。

本发明的电子鼻装置包括一个传感器阵列，并且在某些情况下，使用了美国专利第5,571,401号所描述的传感器。各种适于检测分析物的传感器包括但不限于声表面波(SAW)传感器；石英微量天平传感器；导电复合物；化学电阻器；金属氧化物气体传感器，诸如氧化锡气体传感器；有机气体传感器；金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)；压电器件；红外线传感器；烧结金属氧化物传感器；Pd门MOSFET；金属FET结构；金属氧化物传感器，诸如Tugushi气体传感器；酞菁传感器；电化电池；导电聚合物传感器；催化气体传感器；有机半导体气体传感器；固体电解质气体传感器；压电石英晶体传感器；和Langmuir-Blodgett薄膜传感器。

在一较佳实施例中，本发明的传感器是美国专利第5,571,401号所揭示的，该专利的内容通过引用包括在此。概括地说，这里所描述的传感器是按导电和不导电区矩阵布置的导电材料和非导电材料。非导电材料可以是诸如聚苯乙烯等非导电的聚合物。导电材料可以是导电的聚合物、炭黑、无机导体等。传感器阵列至少包括两个传感器，一般大约包括32个传感器，并且在某些情况下，会包括1000个传感器。可以用半导体技术在集成电路上形成传感器装置阵列。PCT专利申请WO99/08105揭示了一个例子，该专利申请的名称为“用于分析物检测的技术和系统”，于1999年2月19日公开，其内容通过引用包括在此。

在某些情况下，本发明的手持装置包括一个声表面波(SAW)传感器阵列，最好是涂聚合物的SAW传感器阵列。SAW装置在阵列中包括多达6个但一般约为4个传感器。可选择地，SAW装置包括一个带加热器的预浓缩器，用于解吸样品。

如本领域熟练技术人员应该理解的，组成本发明阵列的传感器可以用上述各种类型的传感器构成。例如，传感器阵列可以包括导电/非导电区传感器、SAW传感器、金属氧化物气体传感器、导电聚合物传感器、Langmuir-Blodgett薄膜传感器及其组合。

图10示出了电子鼻装置的各种附件。箱子1010为运送电子鼻装置及其附件提供方便。电源线1012和车用软线1014都可使电子鼻装置与电源(即，墙上插座或车灯)互连，以便对电子鼻装置内的可充电电池充电。这些软线允许在没有电池的情况下操作电子鼻装置。托架或支架1016将电子鼻装置保持在所需的位置上。原电池或备用电池1018允许在不连接电源的情况下使用电子鼻装置。串行电缆1020和模拟电缆1022用于将电子鼻与个人计算机或其它测试设备互连。提供触笔1024，与触摸屏一起使用。还提供一个或多个嘴，作为备用，或者用于特定的场合。可以用样品注射管收集试样。

图11是电子鼻100的透视图，其中电子鼻100垂直安装在充电座1108上，并且与主机1110耦连。充电座1108通过电触头128(参见图2A和2B)对电子鼻装置100的可充电电池充电。电子鼻装置100还通过数据线1120与主机1110耦连。主机1110用各种信息更新电子鼻装置100，诸如装置所暴露的各种目标蒸气的身份等，并且从装置中获取信息，诸如装置样品分析的结果。

图12A示出了电子鼻100内的电路实施例。在一实施例中，电路测量化学敏感电阻器阵列的电阻，并且处理这些测量结果，以识别和量化试样，其中化学敏感电阻器安装在传感器阵列装置上(参见图7-9)。该电路部分安装在PCB上，并且包括处理器1210、易失性存储器(标为RAM)1212、非易失性存储器(标为ROM)1214，以及时钟电路1216。在使用插入式传感器模块150a的实施例中(参见图2A和5)，化学敏感电阻器通过配对的电连接器552a和552b(参见图5)与电路耦连，当传感器模块150a插入电子鼻装置100a时，电连接器啮合。

用于实现传感器的化学敏感电阻器一般具有大于1千欧姆(KΩ)的基线电阻值。这些基线值可以随时间作+50％的变化。例如，一特定的化学敏感电阻器的基线电阻在15KΩ和45KΩ之间改变。如此大的电阻值变化能力给电阻测量电路的设计带来了挑战。另外，电阻变化与初始基线电阻的比，即ΔR/R表示分析物的浓度，它可以非常小(即，百万分之几百数量级，即0.01％)。同样，如此小的变化量给测量电路的设计带来了挑战。另外，一些传感器模块实施例包括多个(例如，32个)化学敏感电阻器，并且希望用复杂性最小的电路测量所有电阻器的电阻值。

图12B示出了用于测量化学敏感电阻器1220之电阻的分压网实施例。化学敏感电阻器(Rch)1220与参考电阻器(Rref)1222串联连接，形成一个分压网络。在一实施例中，形成许多分压网络，每个网络用于一个化学敏感电阻器，并且每个网络都包括一个与相应参考电阻器串接的化学敏感电阻器。参考电阻器经选择，具有相对较小的温度系数。在另一个实施例中，将单个参考电阻器与所有化学敏感电阻器相连。

返回来参照图12A，电源1224向分压网提供预定的参考电压(Vref)，致使每个化学敏感电阻器电阻值的微小变化会引起网络输出电压可检测的变化。通过适当地选择参考电阻器的值，可以限制流过每个化学敏感电阻器的电流，例如限制其小于大约25微安(μA)。此少量的电流会降低1/f噪声量，并且改善性能。

通过复用器(MUX)1226将来自分压网的模拟电压提供给模/数转换器(ADC)1230。MUX1226按顺序选择传感器模块上的化学敏感电阻器。可选择地，数字化之前，用低噪声测量放大器1228放大电压，以便改善ADC的性能，并提高鉴别率。

在一实施例中，ADC1230是22位(或更高)的Δ-ΣADC，它具有很宽的动态范围。这允许将低噪声放大器1228设置成固定的增益(即，使用单个高精度的电阻器)。市场上可买到的低成本的Δ-ΣADC可以达到大约每通道1毫秒的采样速度。

在一个实施例中，由电源1224提供给分压网的参考电压还提供给ADC 1230的参考输入端。在内部，ADC1230将分压网输出电压与此参考电压比较，并产生数字化的样值。利用该方案，可以大大地减小因参考电压变化而引起的对分压网输出电压的不利影响。

将来自ADC1230的数字化样值提供给处理器1210，作进一步处理。处理器1210还将定时信号提供给MUX1226和ADC1230。对数据采集的定时还可以通过串行链路提供给ADC，以及通过选择线提供给MUX。

图12C示出了电子鼻装置100内的电路的另一实施例。在图12C中，提供了4个8通道复用器(MUX)1256a-1256d，以增加灵活性。MUX1256的输入端与分压网(未图示)相连，MUX1256a-1256d的输出端分别与4个放大器1258a-1258d相连。MUX1256的选择线是由处理器控制的。使用外部MUX可以提供较低的接通电阻，并且切换速度较快。放大器1258的输出端与ADC1260的四个输入端相连。

每个放大器1258都是差动放大器，差动放大器具有一参考(即，倒相)输入端，该输入端与数/模转换器(DAC)1262相连。通过ADC1260测量放大器的DC偏移并且引导DAC1262提供合适的偏移校正电压，处理器1250可以控制该偏移。考虑到DC漂移(即，化学敏感电阻器之基线电阻的漂移)，可以在实际测量之前调整偏移。通过将ADC1260放置在板上并且使用差动MUX，还可以保持电学稳定。

在图12A和12C的实施例中，放大器与分压网一起使用，用以检测电阻值的PPM变化。可以看出，增益50可以检测单个PPM的增加。在图12C中，放大器1258还将待采样信号与ADC1260的全程输入信号匹配。此匹配可以通过(用DAC1262)减去DC分量并且放大AC分量来实现。因此，即使用变化为+50％的基线电阻，也可以检测到单个PPM的变化。

在图12A和12C中，用来测量电阻值的ADC可以用高分辨率的Δ-ΣADC来实现。Δ-ΣADC的高分辨率与上述传感器偏压方案相结合，可以提供较高的灵活性和精度。目前可以获得的Δ-ΣADC可以在10Hz处提供20位或更多位的有效分辨率，在1000Hz处提供16位分辨率，这里功耗低至1.4mW。

在一实施例中，Δ-ΣADC包括差动输入、可编程放大器、片内校正和串行外围接口(SPI)兼容性。在一实施例中，ADC内部差动MUX：(1)相对地进行构造，以便提高测量的有效分辨率；并且(2)相对参考电压进行构造，以便获得高精度测量，提高电路稳定性，并且提供比例测量机制。来自ADC的状态信号表示何时安置了内部数字过滤器，从而提供指示，以选择下一个模拟通道进行数字化。

在图12A和12C中，处理器1210和1260被构成专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、控制器、微处理器和其他为实现上述功能而设计的电路。

提供一个或多个存储装置，用以存储程序代码、数据和其它配置信息，并且将存储装置安装在处理器的附近。合适的存储装置包括随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程PROM(EEPROM)和其它存储技术。存储器的容量依赖于应用情况，并且可以很容易按需要扩充。

在一实施例中，处理器执行用于调整电子鼻装置各种操作的程序代码。程序代码包括互作用软件，该软件帮助用户选择操作模式和方法，并且起动试验。在电子鼻装置完成试验或操作后，可选择向用户提供简明的结果。在装置包括一处理器和一内置算法的实施例中，装置可以提供复杂的功能和能力。在提供简化电子线路的实施例中，可选择设置电子鼻的复杂功能和能力，并用基于PC的软件通过主机驱动这些功能和能力。

处理器还可以为传感器模块中的每个个别传感器阵列装置提供温度控制。在实施过程中，每个传感器阵列装置可以包括一个位于背侧的加热器。另外，处理器可以通过用合适的电热装置(未图示)加热或者冷却，来控制样品室(例如，图7A中的室710a和710b)的温度。

在处理器收集到表示一组对于一特定未知试样的可变电阻测量结果数据之后，处理器将该数据与存储器(即RAM1212或ROM1214)存储的、表示-组早先收集标准的数据比较。此比较有助于识别样品室中存在的分析物，并且确定此类分析物的量或浓度，并且检测此身份和量的瞬时变化。适合识别分析物和量化浓度的各种分析包括主要成份分析、Fischer线性分析、神经网络、遗传算法、模糊逻辑、模式识别和其它算法。在结束分析之后，在显示器120上显示结果信息，或者将结果信息通过接口1232传送给主机，或者两者都做。

可以用“分析器”来识别分析物和确定样品浓度。如这里所使用的，分析器可以是处理器(诸如上述处理器1210和1260)、DSP处理器、专门设计的ASIC，或者其它为实现这里所描述的分析功能而设计的电路。分析器还可以是通用处理器，它执行为实现所需分析功能而编写的程序代码。

如上所述，为了便于识别特定的分析物，可以将来自传感器的关于一特定未知试样的可变数据(如电阻)与一组存储在存储器中的早先收集的标准进行相关。这些标准可以如下所述，用至少两个合适技术中的一种进行收集。

在一项技术中，将已知的参考样品提供给样品室。已知样品可以从较小的参考盒(即，位于电子鼻内)提供。在处理器的控制下，用小型电磁阀控制向样品室提供参考样品。使用已知参考样品的好处是能够控制参考样品的身份。盒子可以定期替换。

在另一项技术中，用净化剂(例如，木炭)转移未知试样，从而有选择地“擦净”提供给样品室的未知试样。同样，可以用处理器通过小型电磁阀来控制净化剂对试样的转移。此改变的优点是不需要盒子。尽管可能难以确保参考样品不受污染，但可以周期性地对净化剂进行净化。

图12A和12C中的处理器命令数据采集、执行数字信号处理，并控制串行外围设备(通过SPI)、I/O设备、串行通信(通过SCI)和其他外围设备。受处理器控制的串行外围设备包括ADC和DAC、32K外部EPROM(具有扩充到64K的能力)、具有集成实时时钟和备用电池的32K RAM、2×8字符点阵显示器，以及其它设备。受控制的I/O包括5个分立的温度探针(4个通过放大器放大，并用于4个使用晶体管的、独立的加热器控制环路)、一个湿度探针、两个按钮、一个绿色LED，以及其他装置。板上低功率RS0232串行驱动器提供与外部设备的串行通信。

处理器还控制诸如显示器、阀门装置和泵等外围设备。处理器还监测输入装置(例如，图2A中的按钮开关122)，并通过位于装置外壳(例如，图2A中的电连接器126)内的接口(例如，RS-232驱动器)与主机数字通信。

在图12C的实施例中，数据采集包括通信和/或控制Δ-Σ(即，20位)ADC、4通道(即，12位)DAC1262和4个离散的8通道高速模拟MUX1256。

为记录数据，提供板上存储器(即，外部RAM)。在一实施例中，将存储器按32K×8位的块进行组织。在一实施例中，来自ADC的每个样品是24位，占用存储器3个字节。因此，每个32K字节存储器块为10,666个样本提供存储。如果所有32个通道都用于记录数据，那么存储器块为333个数据点/通道提供存储。内部电源保持存储在存储器中的数据，并且用超过5年的寿命对其进行设计。ADC采样率是可编程的，并且数据可以通过数字RS-232接口下载到主机上。

可以在板上处理器和主机之间通信，以便经RS-232接口实时地或在以后的某个时刻对装置实行配置并且下载数据。传输率9600位/秒可以发送大约400个数据点/秒，并且可以使用更高的传输率。

图13A-13G是合适的流程图，示出了在执行上述一般性说明的测量和分析过程中，电子鼻装置所完成的功能步骤。这些流程图示出了电子鼻是如何初始化的，然后如何通过其各种操作模式对其进行控制。在一实施例中，这些操作模式包括：1)目标模式，在该模式中，通过将装置暴露于具有已知身份的样品中，对装置进行校准；2)识别模式，在该模式中，将装置暴露于具有未知身份的样品；以及3)清除模式，在该模式中，对装置清除常驻样品。

图13A是一流程图，示出了电子鼻装置主程序菜单的一个实施例。最初，在步骤1312，将电子鼻装置的各种电子元件(即，显示器和各种内部的数据寄存器)初始化或者复位。然后，在步骤1314，执行功能背景子程序。该子程序将在图13B中作进一步描述。

在执行了功能背景子程序之后，程序行至步骤1316，在该步骤中，处理器判断是否正在按下按钮开关B1(例如，图2A中的开关122a)。如果是，那么程序行至步骤1318，在该步骤中，装置的操作模式递增到下一个后续模式(即，从目标模式到识别模式)。然后，程序返回步骤1314，重新执行功能背景子程序。装置操作模式继续递增，直到在步骤1316中判定开关B1不再被按。

如果在步骤1316判定没有(或不再)按下按钮B1，那么程序行至步骤1320，在该步骤中，判断是否正在按下按钮开关B2(例如，图2A中的开关122b)。如果没有按下开关B2，那么程序通过空循环1322返回步骤1314，并且重新执行功能背景子程序。相反，如果在步骤1320判定正按下按钮开关B2，那么程序实行所选定的操作模式。这是由图13C所示的流程图完成的。图13B是一流程图，示出了功能背景子程序(步骤1314)的实施例。在步骤1330，从ADC中读取表示测量结果和用户所选参数(即，传感器模块之样品室内的温度和湿度)的信号，其中ADC用于检测输入设备(也称为内部ADC)。在步骤1332，根据来自内部ADC的信号，判断按钮开关的状态(例如，图2A的开关122a-122c)。然后，在步骤1334，更新用于控制加热器的信号，其中加热器位于传感器模块的各种传感器阵列装置上。在步骤1336，从测量ADC(也称外部ADC)读取表示分压网之测量结果的信号，其中分压网由化学敏感电阻器及其相应的参考电阻器形成。最后，在步骤1338，处理器处理通过串行数据线从主机接收到的任何命令。例如，这些命令可以包括在目标操作模式期间提供给电子鼻装置的关于各种参考样品之身份的编程信息。然后，功能背景子程序结束。

图13C是一流程图，示出了一子程序实施例，该子程序用于确定要执行哪个操作模式。在步骤1340，判断所选的操作模式是否是目标模式。如果不是，那么在步骤1342，判断所选操作模式是否是识别模式。一般情况下，只有在对所有指定目标样品完成了目标模式子程序之后才选择识别模式。如果所选的操作模式是识别模式，那么在步骤1344，程序执行识别模式子程序(图13E所示)。

相反，如果所选操作模式不是识别模式，那么在步骤1346，判断所选的操作模式是否是清除模式。如果是，在步骤1348，程序执行清除模式子程序(图13F所示)。否则，在步骤1350，程序执行清除目标模式子程序(图13G所示)。清除目标模式是省略模式。

返回步骤1340，如果判定所选操作模式是目标模式，那么程序行至步骤1352，在该步骤中，执行功能背景子程序。如上所述，这为内部和外部ADC提供了更新值。然后，在步骤1354，判断是否同时按下按钮开关B1和B2。如果是，那么程序不执行目标模式，而是返回空循环(图13A中的步骤1322)。

相反，如果在步骤1354判定没有同时按下按钮开关B1和B2，那么程序行至步骤1356，在步骤1356中，判定是否已按下开关B1。如果已按开关B1，那么程序行至步骤1358，在步骤1358中，增加特定目标数。在一实施例中，将电子鼻装置构造成用于测量多个(例如，8个)不同的目标样品，并且步骤1358使操作员选择将要引入装置进行测量的特定目标样品。这些目标样品的身份早已从主机装入装置。然后，程序返回步骤1352，执行功能背景子程序。每次判定已按下开关B1时，程序通过此回路循环，通过预装补充的目标样品而递增。

如果在步骤1356判定没有按下开关B1，那么程序行至步骤1360，在步骤1360中，判断是否按下开关B2。如果没有，那么程序返回步骤1352，执行功能背景子程序。相反，如果在步骤1360判定刚按下开关B2，那么程序在步骤1362执行目标模式子程序(如图13D所示)。

图13D是一流程图，示出了目标模式子程序的实施例。在步骤1370，从外部ADC获取一组最近更新的测量结果。这些测量结果表示传感器模块中32个化学敏感电阻器的基线电阻值。接着，在步骤1372，调节泵，将指定的目标样品引入传感器模块的样品室。然后，在步骤1374，从外部ADC获取一组新的测量结果。这组新的测量结果表示32个化学敏感电阻器在响应已引入样品室的目标样品时的电阻值。

在步骤1376，将用于此特定目标蒸气的32个电阻测量结果(即，“响应矢量”)归一化。在一个实施例中，此归一化使所有32个测量结果的和等于1×10⁶。然后，在步骤1378，将此目标样品的归一化响应矢量存储在存储器中。最后，在步骤1380，泵和阀门装置将清洁的空气引入样品室。然后，目标模式子程序结束，程序返回空循环(图13A的步骤1322)。

图13E是一流程图，示出了识别模式子程序的实施例。图13E中的步骤1390、1392、1394和1396分别类似于图13D中的步骤1370、1372、1374和1376。在步骤1398，将步骤1396中计算得到的未知样品的归一化响应矢量与各种目标样品的归一化响应矢量(它们是由早先通过目标模式子程序(图13D)确定的并存储在存储器中)比较。具体地说，在步骤1398计算各归一化响应矢量之间的差，并且在步骤13100(用最小均方分析法)确定最小差矢量。另外，在步骤13100，还将确定结果显示在显示器上。最后，在步骤13102，调节泵和阀门装置，将清洁空气引入样品室。然后，识别模式子程序结束，程序返回空循环(图13A的步骤1322)。

图13F是一流程图，示出了清除模式子程序的实施例。在步骤13120，调节泵和阀门装置，通过进端将清洁空气引入样品室。然后，程序返回空循环(图13A的步骤1322)。

图13G是一流程图，示出了清除目标模式子程序。在步骤13130，擦除存储在存储器的所有目标样品信息。然后，程序返回空循环(图13A的步骤1322)。

图14示出了用于电子鼻菜单选择的实施例。在步骤14中，主菜单1408显示了特定电子鼻装置可使用的测量模式。例如，此可用模式取决于安装在电子鼻装置中的特定模块。在一实施例中，主菜单中可以获得下述模式：识别、量化(Qu)、过程控制(PC)、数据登录(DL)、培训和诊断。当在主菜单1408中作出模式选择时，菜单屏1410询问用户从一组可用的方法中选择一个特定的方法。

通过选择ID方式选项，菜单屏1412询问用户按下“嗅”键以开始识别，或者按下“退回”键，以返回主菜单。当选择了嗅选项时，如主菜单1414所示，电子鼻装置开始识别过程，并且如主菜单1416所示，在过程结束时提供结果。为用户提供了一个选项，用于存储结果。

通过选择Qu方法选项，菜单屏1420询问用户选择一目标。如果目标身份不知道，那么菜单屏1422为用户提供执行嗅操作选项，以识别未知目标。在选择了嗅选项时，如菜单屏1424所示，电子鼻装置开始识别过程，并且如菜单屏1426所示，在过程结束时提供身份。一旦识别了样品，或者如果身份是起初已知的，那么可以在菜单屏1426和1428中对目标量化。如菜单屏1430所示，电子鼻开始量化过程，并且如菜单屏1432所示，在过程结束时提供结果。

通过选择PC方法选项，菜单屏1440询问用户按下“嗅”键，以开始过程控制，或者按下“退回”，以返回主菜单。在选择了“嗅”选项时，如菜单屏1442所示，电子鼻装置开始过程控制，并且如菜单屏1444所示，提供状态报告。

通过选择DL方法选项，菜单屏1450询问用户按下“嗅”键，以开始数据登录，或者按下“退回”，以返回主菜单。在选择了“嗅”选项时，如菜单屏1452所示，电子鼻装置开始数据登录过程，并且如菜单屏1454所示，提供状态报告。

通过选择培训选项，菜单屏1460询问用户从许多培训方法中选择一种方法。用户选择一特定的方法，然后菜单屏1462询问用户从许多目标中选择一个目标。用户选择一个特定的目标，然后菜单屏1464询问用户按下“嗅”键，以开始培训。在选择了“嗅”选项时，如菜单屏1466所示，电子鼻装置用用户选择的方法和目标开始培训。

通过选择诊断选项，菜单屏1470询问用户选择一个想执行的诊断。例如，可行的诊断包括RS-232端、USB端、传感器量程测试、存储器、处理器以及程序校验和。用户选择一个特定的诊断，于是如菜单屏1472所示，电子鼻装置开始所选的诊断测试，并且如菜单屏1474所示，提供诊断结果。模块化设计

在本发明的某些方面，用许多模块部分设计电子鼻装置。例如，可以有选择地将鼻、过滤器、集管、传感器模块、电池组、处理器、存储器和其它装置布置在一个模块内，必要时该模块可以安装或交换。模块化设计具有许多好处，一些好处与以下特征有关：可交换、可拆卸、可替换、可升级和非静态。

使用模块化设计，可以将电子鼻设计应用于各种行业的各种场合。例如，当被测样品清单扩大时，可以增加多个传感器模块、过滤器等。

在某些实施例中，模块设计还可以提供改进的性能。可以设计各种模块(即，鼻、过滤器、集管、传感器模块等)，以提供对一组特定试样的精确测量结果。可以用不同模块测量不同样品。因此，使用小型便携式电子鼻不会牺牲性能。例如，为了检测高分子量的分析物，插入某个特定的鼻芯片。然后，为了分析低分子量的分析物，可以插入另一个鼻芯片。

模块化设计还可以导致电子鼻的有效成本设计。由于一些部件很容易替换，所以如果一特定部件用旧了，那么不再必须安装整个电子鼻装置。只需要替换故障部件。

在某些实施例中，模块化设计还提供一种升级设计。例如，可以将处理器和存储器模块(个别的或组合的)安排在一电子单元中，而电子单元可以用新技术或者如特定应用所要求的进行升级。可以通过简单地交换存储器模块，提供附加的存储器，以存储更多的数据。另外，可以将分析算法包括在插入电子鼻的一个程序模块中。然后，按需要交换程序模块。

模块设计还提供一次性模块。例如，当分析有害样品时，这是有利的。鼻

在上述实施例中，电子鼻装置包括一外部采样棒(或鼻或嘴)。可以用机械互连方式将鼻固定在装置上，机械互连方式例如包括简单的转1/4圈、带螺纹的螺钉、钳式机械安装和其它互连机构。有许多材料可用来制造鼻部件，诸如可注模材料。

在某些实施例中，鼻可互换，并且使用标准的引诱(luer)互连。例如，鼻的长度大约为1英寸至大约50英寸，最好为大约6英寸至大约20英寸。可选择使鼻垄起，或者是一根较长的软管或软的通气管。在一些实施例中，鼻在嗅端有一个引诱(luer)针。可选择地，鼻可以耐内压，并且与一增压阀结合在一起。

如图3B所示，鼻可以有各种尺寸和形状。例如，鼻130d包括一个较大的开口，例如当采集气体时，大开口是有利的。相反，鼻130f包括一尖头，它更适合于在特殊的场地采样。

在另一些实施例中，可以用进端(诸如，进端132)接收试样。进端可以代替或补充外部鼻。

传感器模块

在某些方面，可以定制传感器模块中的化学敏感传感器，以便对特定的蒸气类特别敏感。例如，用于如此模块的阵列可以包括适于区分诸如水、酒精和酮等极性分析物的蒸气传感器。适于用作这类蒸气传感器的极性聚合物的例子包括聚(4-乙烯苯酚)和聚(4-乙烯吡咯烷酮)。

传感器模块可以有选择地用具有选定电阻的识别电阻器(未图示)来识别。因此，在处理为每个这样的传感器模块的化学敏感电阻器收集的可变电阻测量结果之前，处理器测量识别电阻器的电阻。用这种方式，可以初步确定模块中化学敏感电阻器的性能。

上述PCT专利申请WO99/08105揭示了一种检测分析物的机理。

显示器

在一些实施例中，显示器是液晶显示器(LCD)。在其它实施例中，显示器是图形LCD，它允许装置显示文本和图形。这种类型的显示器提供了质量产品相互作用的经验。LCD模块的例子包括那些由Epson公司制造的LCD模块，诸如EPSON EG7502(TCM A0822)，其中屏幕大小为57.56mm×35.99mm，分辨率为320×200，点距为0.8，并且具有transflective和LED边缘逆光。各种其它LCD模块也是适用的。较佳的LCD模块提供以下特征中的一个或多个：(1)较高的分辨率，允许显示器观察区较小但很舒服(320×200，并且很细的点距)；(2)较低的功耗(例如，3mW至9mW)；(3)多线扫描(主动寻址)技术；(4)集成“触”板；(5)集成电源和控制器芯片；(6)LED背后照明一用于较小的模块；(7)用视频和其它特征显示。

输入设备

在一些实施例中，电子鼻可选择包括输入设备，诸如按钮、键板、键盘、触摸屏、开关、其它输入机构或上述装置的组合。键板可以用各种材料制造。在一些实施例中，键板是用聚硅酮橡胶模制而得的，其有利之于处在于为戴手套的手持供触觉。另外，可选择将导航控制包含在键板和按钮中。例如，可选择将“嗅”按钮放在键板中。

可选择键板为薄膜型键板。在该实施中，键板由丙烯酸、聚酯薄膜、PC或其它合适材料的层压片来制成。可以用弹压穹顶使用户获得更大的触觉。产品图形可以包含在键板中。有利之处在于，键板具有图形适应性，容易清洁，并且可以防止溢出。另外，键板可以用较短的点击距离构成。在某些其它的情况下，诸如“嗅”按钮等微动开关用来进一步强调触觉“卡搭”反馈，并产生较轻的音频信号。

在某些实施例中，电子鼻装置可选择包括一探针。有利之处在于，探针提供更大的应用适应性，将便于在现场使用。在某些方面，可以用探针读取条形码，并且方便库存控制。另外，装置可选择包括一衬垫。该衬垫允许灵活应用，诸如在现场、培训或实验室中使用。

电子鼻装置可选择包括其它输入装置，诸如触摸屏。合适的触摸屏包括模拟电阻型。其它触摸屏包括类似于PDA、GPS和其它产品中使用的那些。另有一些触摸屏包括电磁共振型，它们可选择具有专用触笔，诸如无电池的触笔。另外，触摸屏可以包括但不限于静电型、GSAW型以及模拟电阻和电容型。模拟电阻触摸屏较佳，因为很容易获得高分辨率和低分辨率。

在某些实施例中，电子鼻装置通过提供装置当前模式的一般信息和特殊信息通知用户。装置的操作员可以发现哪些选项是可以使用的。有指南和指令可以帮助用户与产品相互作用。在某些情况下，描述和指令是简要和明确的。图形和图标通过产品相互作用帮助用户。为用户提供一种机构，用于必要时停止装置，以及返回先前合适的屏幕。这些各种各样的特征一同提供了快速、简单且可靠的装置互作用。

在其它实施例中，电子鼻装置为用户提供了关于装置状态的信息。例子包括但不限于起动一动作、执行一操作、等待输入等等。另外，其它装置输入和输出参数(诸如硬件控制)包括但不限于：(1)上滚屏-键板；(2)下滚屏-键板；(3)选择-键板；(4)退回-键板；(5)嗅-键板；(6)上电/逆光开/关；(7)数字输入-连接器；(8)模拟输出-连接器；(9)串行输出(RS232)-RJ11；(10)USB-标准A；(11)显示对比度-(指轮，模拟电位器)；(12)系统复位-针孔；(13)电池充电-插口；(14)气动端；(15)鼻吸入端(嗅样品端)；(16)排放；(17)参考进给。

电源组

电子鼻装置可选择包括一电源组，诸如电池，用于提供电力。在某些实施例中，装置使用大约3.3伏的电源电压和大约5.0伏DC进行操作。在一特定的实施例中，装置消耗大约3.2瓦或更少，典型的平均功耗大约为1.8瓦。在一实施例中，装置通常工作大约1至20个小时，不需要对电源组充电。

电源组可以用镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li离子)、密封的铅酸(SLA)或者其它电池技术来制造。最好，电池组的重量轻，功率密度大，从而保持电池体积较小。与其它电池的化学性能相比，锂离子电池在放电期间具有相对较高的内电阻和较宽的电压范围。可以用调压器为电子鼻装置内的电路提供合适的电压。关于效率，可以用开关式调压器代替线性调节器。调压器还可以用来为电子鼻装置内的不同电路提供多种输出电压。在某些情况下，电源需要的输出电压包括大于和小于电池电压的值。在这些情况下，可以选择使用开关式调节器的SEPIC拓扑技术。这类开关式调节器转换效率大约为85％。为了用这种开关式调节器向负载提供大约18瓦-小时的能量，锂离子电池组的能量要求大约为21瓦-小时。

在一具体实施例中，电子鼻装置可选择使用这样的锂离子(Li离子)电池组，其体积大约为100立方厘米(cc)，重大约为250克。在另一个具体的实施例中，可以使用镍-金属氢化物(NiMH)电池组，其重量大约为370克，体积大约为150cc。能够提供等效能量的其它电池包括但不限于镍镉(NiCd)电池组，其重量大约为560g，体积大约为210cc；密封的铅酸(SLA)电池组，其重量大约为750g，体积大约为350cc。

一般情况下，对于低温(例如，0-10℃)和高温(例如，40-50℃)充电次数增加，且可用电池容量降低。对于这类条件下精确的“气体计量”，还可以使用智能电池系统(SBS)。SBS是市场上可买到的系统管理总线(SMB)系统的一部分。SBS允许电池组用类似于Philips公司的I²C总线协议的物理协议与智能充电器和其它系统智能部分交流信息。SMB上的软件协议允许直接交流诸如充电状态、电池组电压、电池温度、放电循环次数等参数。现在，集成电路的几个卖主能够提供SMB接口的单芯片装置。另一种方法是，为此目的使用定制编程的微控制器，诸如Micrchip技术股份有限公司制造的PIC芯片。

在一些实施例中，装置包括一个电源组，该电源组可选择可充电。在一些其它实施例中，装置可选择包括诸如四个AA电池等电池。电池的化学性能可以变化。装置可选择具有强碱互换性。

装置可选择具有用于二次可充电组的附件，其尺寸可以与上述电源装置相同，或者小于上述电源装置。

电子鼻装置的具体实施

电子鼻装置可以有各种实施结构，以便包括各种特征，并且可以用于各种场合。以下提供一些具体的实施情况。

在一个具体的实施情况下，电子鼻装置包括一个由32个传感器组成的传感器阵列，传感器的构成是将导电粒子均匀地分散在聚合物基质中。当聚合物暴露于试验介质(例如，蒸气、液体、气体)时，每个聚合体都会象海绵一样膨胀，从而增加复合物的电阻。由于聚合物对不同分析物的响应是不同的，所以聚合物膨胀到变化的程度。电阻的这种改变在传感器阵列范围内变化，产生不同的签名响应。不管分析物是对应于试样中化学制剂的复杂混合，还是来自单一化学制剂，电子鼻装置都包括足够的聚合物阵列，可以为感兴趣的样品产生不同的电“指纹”。传感器阵列中电阻变化的图案代表了分析物的身份，而图案的幅度代表了分析物的浓度。

然后，将归一化的电阻变化传送给处理器，处理器根据传感器阵列中检测到的图案识别蒸气的类型、量和质。

在另一个具体的实施例中，根据本发明制造在现场用来检测挥发性化合物的便携式电子鼻装置。装置包括一个易读的图形LCD，LCD具有背后照明以及一个或多个发光二极管(LED)，用于表示操作模式。通过提供通信端口很容易将数据下载到一个电子表格数据包中。快速响应时间与容易的单键操作相结合，可以有效且精确地测量样品。用可替换或可充电的电池提供电力。通过装在坚固的、防水的盒子里，电子鼻装置适于各种环境。

在另一个具体的实施例中，电子鼻装置被设计成能够采集和存储从32个独立传感器单元收集到的数据。电子鼻装置包括具有32个通道的样品室(带有进端/出端)、泵、三通螺线管开关、LCD、按钮、LED、湿度探针、温度探针和数字接口。

电源是为9伏直流输入而设计的。增加整流二极管，用于保护电路。分别为模拟和数字电路使用两个板上5伏线性调节器。高精度埋入式齐纳二极管用于提供+2.5伏的参考电压。总体设计是混合的3V和5V设计，可以降低手持装置的功耗。

样品室装有32个传感器元件，这些元件安排在四个陶瓷衬底上，每个衬底上有8个传感器元件。衬底用微电子伴同烧制的陶瓷(氧化铝)混合工艺制造。用丝网印刷技术将电极和触头沉积为厚膜。可以提供电阻通路(例如，三个通路)，以便用作加热元件。在衬底的背侧，可以放置表面固定的热敏电阻器，以形成加热/冷却控制回路。

提供一进端，并且可以插入挡板，以便扇形展开输入的样品流。出端面对环境大气压力。样品室可以用聚四氟乙烯制造，并且是密封的，而且安装在PCB上。板上泵可以在略高于14.7psi的压力下将样品流推入样品室。板上三通螺线管开关可以在处理器的控制下在已知参考源(即，在必要时“重新置零”或重新校准)和未知试样之间切换。将四个陶瓷衬底插在两个20针、50mil间距的双排连接器中。各排之间的间距为100mil。将温度探针插入一个连接器中，并将湿度探针插入另一个连接器中。温度和湿度探针用于诊断。

可以实施偏置网，偏置DC操作模式中化学敏感电阻器的电压。该网是一个比例网，容易实施并且稳定，而且提供一较宽的动态范围。

已经表明，可以测量到化学敏感电阻器的电阻存在50PPM的变化。另外，如表1所示，可以考虑大于+50％的基线变化，并且施加功率的变化最小。

表1-各基线电阻的可检测电阻变化

基线	Vout	施加功率	分辨率
基线	Vout	施加功率	分辨率	15K(-Δ50％)	0.326	0.047	18位
20K(-Δ33％)	0.417	0.043	18位	15K(-Δ50％)	0.326	0.047	18位
20K(-Δ33％)	0.417	0.043	18位	25K(-Δ17％)	0.500	0.040	17位
30K，标称电阻	0.577	0.037	17位	25K(-Δ17％)	0.500	0.040	17位
30K，标称电阻	0.577	0.037	17位	35K(+Δ17％)	0.648	0.034	17位
40K(+Δ33％)	0.714	0.032	17位	35K(+Δ17％)	0.648	0.034	17位
40K(+Δ33％)	0.714	0.032	17位	45K(+Δ50％)	0.776	0.030	17位

假设Johnson噪声是主要噪声源，那么可以计算得到10Hz带宽上的平均噪声电压为0.3μV，并由此可以检测这些步进变化。通过保持电流较低(即，＜25μA)，可以降低1/f噪声。一般地说，偏置方案是一个恒压DC系统。电流被限制在每个传感器元件微安(μA)的数量级，并且施加功率在微瓦(μW)的数量级。对于所增加的灵活性，限制了电流，并且用电阻标定了输出电压。

用本发明的手持传感设备检测了四个同族酯分析物组成的系列。被检测的分析物是由丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐和已酸盐组成的乙酯。然后用主要成份分析法分析响应数据。主要成份分析法(PCA)是一种强有力的看得见的工具，它提供了一种降低数据维数的方法。PCA找出考虑了最大变化量的原始独立变量的线性组合，并且按独立变量块提供对可变性的最佳视角。很容易确定数据的固有分类。

图15示出用本发明的手持设备对一系列酯的响应进行主要成份分析。如图15所示，用本发明的手持装置区别了酯分析物。电子鼻装置的分析物和应用

本发明可检测的分析物包括但不限于烷烃、烯烃、炔烃、二烯、脂环烃、芳烃、醇、醚、酮、醛、羰基化物(carbonyls)、碳负离子化合物(carbanions)、杂环化合物、多核芳香烃、有机衍生物、生物分子、微生物、细菌、病毒、糖类、核酸、异戊二烯、类异戊二烯和脂肪酸，及其衍生物。用本发明的传感器阵列可以检测诸如氨基酸等生物分子。

可以用电子鼻装置使医学和牙科护理提供者快速准确地识别呼吸、伤口和体液中的化学成份，从而诊断许多病，包括传染和新陈代谢问题。例如，在麻醉管理时，可以用电子鼻装置测试皮肤状况，或者确定生育治疗时的排卵时间。另一种方法是，手持装置可以对诸如细菌等微生物进行分类和识别。

可以用电子鼻装置来确定气味的位置，以便识别物质的复杂系统或状态，并且提供传统的环境或化学监测装置所没有的多用途和可靠性。有利之处在于，该装置可以在危险的物资情况下描绘化学环境，并且帮助急救人员精确选择火焰延缓剂、牵制策略和保护手段。

电子鼻装置可用来检测管线和贮藏容器中的泄漏。

电子鼻装置可用于食品质量和处理控制。例如，对于一产品的各个阶段，该装置可用来抽查瞬间结果，或者连续监测批与批的一致性和损坏性，包括生产(即，生长)、制备和分配。该装置还可用于一次性包装，提供传统变质、新鲜和污染监测技术所缺少的客观性。

电子鼻装置还可以用于保护那些随时间失去嗅觉的老人。该装置可用于减小食物中毒的危险或摄取变质食品，并且可以与诸如电冰箱和微波炉等家用电器结合成一体。

电子鼻装置可以用于广泛的商业场合，包括但不限于：

●诸如公用事业和发电、油/气石化产品、化学/塑料制品、自动通风控制(烹饪、烟熏等)、重工业制造、环境毒理学和治理、生物医学、化妆品/香水、药物、运输、紧急响应和法律实施等应用，

●检测、识别和/或监测可燃气体、天然气、H₂S、环境空气、排放控制、空气摄入、烟、危险泄漏、危险溢出、挥发性排放、危险泄漏，

●饮料、食物和农产品的监测和控制，诸如新鲜检测、水果成熟控制、发酵工艺以及香味组成和识别，

●检测和识别非法物品、炸药、变压器故障、冷却剂和烟熏剂、蚁醛、柴油/汽油/航空燃料、医院/医用麻醉与消毒气体，

●远程外科手术、体液分析、查找毒品、传染病检测和呼吸应用、工作人员保护、纵火调查、个人识别、周围监视、香味配制，以及

●溶剂复原效力、补给燃料操作、运输容器检查、封闭空间检查、产品质量测试、原料质量控制、产品识别和质量测试。

通过以上描述，应该理解，本发明提供了一种改进的蒸气传感仪器，它不仅足够小和轻，可以手持，而且是模块化的，因此该装置便于检测各种指定蒸气的存在和身份。

尽管参照较佳实施例详细描述了本发明，但本领域的熟练技术人员应该理解，不脱离本发明可以作各种变化。因此，本发明由以下权利要求书限定。

Claims

1．一种手持传感设备，其特征在于，包括：

外壳；

传感器模块，它安装在外壳中，并且至少包括两个能够对试样作出响应的传感器；

样品室，它由外壳和传感器模块中的一个或两个限定，样品室包括一进端和一出端，所述至少两个传感器位于样品室内或附近；和

分析器，它安装在外壳内，并且被构造成用于分析来自至少两个传感器的响应，并且分析器根据来自至少两个传感器的响应对试样内的分析物进行识别、分类或量化。

2．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

泵，它安装在外壳中，并且被构造成用于引导试样通过样品室，从进端到达出端。

3．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，来自至少两个传感器的响应包括一组信号，它们表示因暴露在试样中而引起的至少两个传感器的电阻变化。

4．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

测量电路，它安装在外壳内，并且被构造成用于检测来自至少两个传感器的响应，并且提供与该响应相对应的信号。

5．如权利要求4所述的手持传感设备，其特征在于，测量电路包括∑-△转换器。

6．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，分析器接收来自至少两个传感器的响应，并且产生相应的样品签名。

7．如权利要求6所述的手持传感设备，其特征在于，对多个参考样品收集多个参考签名，为试样产生样品签名，并且分析器被构造成甩于将样品的签名与多个参考签名进行比较，从而识别试样。

8．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

阀，它安装在外壳内，并且被构造成用于将参考样品或试样引导到样品室中。

9．如权利要求8所述的手持传感设备，其特征在于，参考样品被预处理。

10．如权利要求8所述的手持传感设备，其特征在于，从多种参考样品中选择所述参考样品。

11．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，将样品室密封，与外界环境隔开，除了进端和出端。

12．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括一预浓缩器。

13．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

热控制电路，它控制至少两个传感器的温度。

14．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

采样棒，它与外壳耦连。

15．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，传感器模块中至少有一个传感器选自：导电/非导电区传感器、SAW传感器、石英微量天平传感器、导电复合物传感器、化学电阻器、金属氧化物气体传感器、有机气体传感器、MOSFET、压电装置、红外线传感器、烧结金属氧化物传感器、钯栅MOSFET、金属FET结构、电化电池、导电聚合物传感器、催化气体传感器、有机半导体气体传感器、固体电解质气体传感器以及压电石英晶体传感器。

16．如权利要求15所述的手持传感设备，其特征在于，传感器模块中至少有一个传感器是导电/非导电区传感器。

17．如权利要求15所述的手持传感设备，其特征在于，传感器模块中至少有一个传感器是SAW传感器。

18．如权利要求1所述的手持传感设备，其特征在于，传感器模块包括：

多个传感器阵列装置，每个传感器阵列装置都包括一个传感器阵列。

19．用手持传感设备检测试样中的分析物，其特征在于，所述手持传感设备包括：

外壳；

分析器，它安装在外壳内，并且被构造成用于分析来自至少两个传感器的响应，并且分析器根据来自至少两个传感器的响应对试样内的分析物进行识别或量化。

20．一种手持传感设备，其特征在于，包括

外壳，它包括一插座；

传感器模块，它可拆卸地安装在外壳的插座中，并且传感器模块至少包括一个能够对试样作出响应的传感器；

样品室，它限定在传感器模块内，样品室包括一进端和一出端，所述至少一个传感器位于样品室内或附近；和

分析器，它安装在外壳内，并且被构造成用于分析来自至少一个传感器的响应，并且分析器根据来自至少一个传感器的响应对试样内的分析物进行识别或量化。

21．如权利要求20所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

一个或多个附加的传感器模块，每个传感器模块被构造成可拆卸地安装在所述插座中，并且至少包括一个传感器，并且每个传感器模块被构造成为一组不同的样品提供一组不同的响应。

22．如权利要求21所述的手持传感设备，其特征在于，每个可拆卸安装的传感器模块包括一个用于识别传感器模块的识别器，并且分析器被构造成用于确定插座内传感器模块所包含的识别器。

23．一种传感器模块，它被构造成与一传感设备一起使用，所述传感设备安装在限定一插座的外壳内，其特征在于，所述传感器模块包括：

盒子，其大小和构造可以容纳在传感设备的插座中；

样品室；

进端，它被构造成当传感器模块容纳在插座中时与传感设备的第一连接端进行可解除的啮合，进端从传感设备接收试样，并且将试样引导到样品室；

出端，它被构造成从样品室排放试样；

至少一个传感器，它位于样品室内或附近，并且被构造成当暴露于样品室内试样中一个或多个分析物时，所述传感器提供一响应；和

电连接器，它被构造成当传感器模块容纳在插座中时与传感设备的配对电连接器进行可解除的啮合，电连接器将至少一个传感器的信号传送给传感设备。

24．如权利要求23所述的传感器模块，其特征在于，所述出端被构造成当传感器模块容纳在传感设备的插座中时与传感设备的第二连接端进行可解除的啮合，所述出端将试样从样品室排放到传感设备。

25．如权利要求24所述的传感器模块，其特征在于，盒子包括一后壁，用于支持进端、出端和电连接器。

26．如权利要求23所述的传感器模块，其特征在于，还包括：

一衬底，多个传感器固定在所述衬底上。

27．如权利要求23所述的传感器模块，其特征在于，至少一个传感器按均匀的方式布置在样品室内。

28．如权利要求23所述的传感器模块，其特征在于，

至少一个传感器中的每一个都是用对化学敏感的电阻器来实现的，当暴露于试样中的一个或多个指定分析物时，所述电阻器的电阻以唯一的方式变化；并且

传感设备包括一分析器，该分析器检测所述至少一个传感器的一组电阻，并且根据被检测到的该组电阻识别试样。

29．使用一传感器模块，该传感器模块被构造成与传感设备一起使用，并且位于限定一插座的外壳内，其特征在于，所述传感器模块包括：

盒子，其大小和构造可以容纳在传感设备的插座中；

样品室；

出端，它被构造成从样品室排放试样；

30．一种用于测量样品室内一个或多个分析物浓度的手持传感设备，其特征在于，包括：

至少两个化学敏感电阻器，每个化学敏感电阻器的电阻都根据样品室内一个或多个分析物的浓度而变化；

调节电路，它与至少两个化学敏感电阻器连接，并且产生一模拟信号，该模拟信号表示至少两个化学敏感电阻器中每个电阻器的电阻；

模/数转换器(ADC)，它与调节电路相连，ADC响应模拟信号，并且提供一数字信号；和

分析器，它与ADC相连，分析器响应数字信号，并且确定样品室内一个或多个分析物的身份或浓度。

31．如权利要求30所述的手持传感设备，其特征在于，调节电路包括一组分压网，一个网用于至少两个化学敏感电阻器中的每个电阻器，每个网提供一个模拟电压。

32．如权利要求30所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

至少一个复用器，它与所述分压网络组相连，复用器将来自分压网络组的模拟电压耦合到ADC。

33．如权利要求32所述的手持传感设备，其特征在于，还包括：

至少一个放大器，每个放大器连接在一个复用器和ADC之间。

34．一种手持式蒸气传感设备，其特征在于，包括：

手持式外壳；

传感器模块，它安装在外壳内，并且包括一插入式蒸气传感器阵列，每个蒸气传感器为一种或多种不同的蒸气提供不同的电气响应；

外壳和传感器模块中的一个或两个限定了一个样品室，传感器模块的蒸气传感器阵列暴露于样品室，所述样品室包括一个蒸气进口和一个蒸气出口；

泵，它安装在外壳上，并且被构造成用于引导蒸气样品通过样品室，从蒸气进口到蒸气出口；

监测装置，它安装在外壳上，并且被构造成用于监测传感器模块中蒸气传感器阵列的电气响应，并且还用于产生多个相应的传感器信号；和

分析器，它安装在外壳上，并且被构造成用于分析多个传感器信号，识别由泵引导通过样品室的任何蒸气样品。

35．一种插入式传感器模块，它被构造成与手持式蒸气传感设备一起使用，所述手持式蒸气传感设备包括一手持式外壳，所述外壳限定了一插座，其特征在于，所述传感器模块包括：

盒子，其大小和构造可以容纳在手持式蒸气传感设备的插座中；

样品室；

蒸气进口，它被构造成当插入式传感器模块容纳在蒸气传感设备的插座中时与手持式蒸气传感设备的第一蒸气连接端进行可解除的啮合，进口用于从蒸气传感设备接收蒸气样品，并且将蒸气样品引导到样品室；

蒸气出口，它被构造成从样品室排放蒸气样品；

多个蒸气传感器，它们位于样品室内或附近，并且被构造成响应于样品室内的一种或多种蒸气，提供不同的电信号；和

电连接器，它被构造成当插入式传感器模块容纳在蒸气传感设备的插座中时与手持式蒸气传感设备的配对电连接器进行可解除的啮合，用以将来自多个蒸气传感器的电信号传送给蒸气传感设备。

36．一种蒸气传感设备，用于测量样品空间内一种或多种规定蒸气的浓度，其特征在于，包括：

化学敏感电阻器，其电阻根据样品空间内一种或多个蒸气浓度而变化；

参考电阻器，它与化学敏感电阻器串联，并且连接在参考电压源和地之间，致使在参考电阻器和化学敏感电阻器之间的节点处建立一模拟输出信号；

模/数转换器，它响应于模拟输出信号和参考电压源的电压大小两者，用于产生一数字输出信号，该数字输出信号表示化学敏感电阻器的电阻；和

分析器，它响应于数字输出信号，用于确定样品空间内一种或多种规定蒸气的浓度。