CN214703505U - 一种电子鼻检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子鼻检测系统，包括机箱、气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块和样品恒温模块，其中：气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块安装于机箱中；控制和数据处理模块通过导线与气味检测模块、气路传输模块、电源模块连接在一起；电源模块通过导线与控制和数据处理模块、气味检测模块、气路传输模块连接在一起，为各部分供电；样品恒温模块位于机箱外部，通过气管和数据线与机箱连接在一起；样品恒温模块通过气路传输模块与气味检测模块连接。

Description

一种电子鼻检测系统

技术领域

本实用新型涉及气味检测领域，尤其涉及一种电子鼻检测系统。

背景技术

随着科技的进步，人们发现气味也可以作为衡量产品质量的标准，例如食品，粮食等，如果发生变质、发霉就会挥发出的相应的气体，有时人能够闻到，有时很难察觉。因此模拟嗅觉检测的电子鼻就应运而生了。电子鼻技术具有实时、快速、无损检测等优点，然而目前缺乏通用的电子鼻检测设备，且现有的检测系统功能不全，检测精度不高。为此本实用新型提供了一种电子鼻检测系统，能够较好的解决上述问题。

实用新型内容

为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种电子鼻检测系统，包括机箱、气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块和样品恒温模块和计算机，其中：气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块安装于机箱中；控制和数据处理模块通过导线与气味检测模块、气路传输模块、电源模块连接在一起；电源模块通过导线与控制和数据处理模块、气味检测模块、气路传输模块连接在一起，为各部分供电；样品恒温模块位于机箱外部，通过气管和数据线与机箱连接在一起；样品恒温模块通过气路传输模块与气味检测模块连接，计算机通过数据线与机箱的USB接口连接。

所述的系统，其中：所述气味检测模块包括气体反应室和气敏传感器阵列，气体反应室出气口通过导管引向风扇，气敏传感器阵列安装在鼠道式气体反应室上，气敏传感器与鼠道式气体反应室的接缝处由密封胶密封。

所述的系统，其中：气敏传感器阵列包括10个金属氧化物气敏传感器。

所述的系统，其中：所述气路传输模块包括第一穿板接头、第二穿板接头、二位三通换向阀、流量调节阀、质量流量控制器和采样气泵；第一穿板接头和第二穿板接头固定在机箱前部，第一穿板接头和第二穿板接的输出端口分别与二位三通换向阀的两个输入端通过导管连接，二位三通换向阀输出端与流量调节阀的输入端通过导管连接，流量调节阀的输出端与质量流量控制器的输入端通过导管连接，质量流量控制器的输出端与采样气泵的输入口通过导管连接，采样气泵的输出口连接导管，导管连接在鼠道式气体反应室进气口上。

所述的系统，其中：所述样品恒温模块包括恒温装置和样品瓶，样品瓶插放在恒温装置内部，样品瓶出气口和恒温装置出气口分别通过导管连接第一穿板接头和第二穿板接头的进气口端。

所述的系统，其中：气体反应室整体为圆盘状结构，气体反应室进气口位于气体反应室下部中心，气体反应室进气口在气体反应室内与多条通道的进口连通，多条通道分别沿气体反应室进气口斜向上延伸，每个通道的出口与各自的小型反应室连通，所述小型反应室是从鼠道式气体反应室顶部向下开设的圆柱状凹槽，小型反应室在圆周上均匀分布，相邻小型反应室的直径不同，每个通道都为密闭通道。

所述的系统，其中：每个通道与气体反应室进气口之间的夹角为 75度。

所述的系统，其中：每个小型反应室的内周壁都有开设有螺旋凹槽。

所述的系统，其中：相对的两个小型反应室在其中上部的位置通过一条气道互相连通，气道之间在气道中部相交并与设置在气体反应室顶部的开口连通；气体反应室还包括封盖，封盖盖在开口上，反应室出气口设置在封盖上，气体反应室进气口设有温度传感器探头，湿度传感器探头，气体反应室内部设有一圈环形气道，该环形气道贯通全部小型反应室，气体反应室进气口和体反应室出气口都设有电磁阀。

附图说明

图1是电子鼻检测系统整体示意图；

图2是电子鼻检测系统内部结构示意图；

图3是鼠道式气体反应室和气敏传感器阵列组合示意图；

图4是鼠道式气体反应室结构示意图；

图5a是鼠道式气体反应室纵剖面示意图；

图5b是鼠道式气体反应室横剖面示意图。

图6是恒温装置到气体反应室的气路连接结构图。

图7是电子鼻检测电路接线图。

附图标记：1样品瓶，2样品瓶出气口，3恒温装置出气口，4USB Ⅰ,5恒温装置，6机箱，7穿板接头Ⅰ，8USBⅡ，9穿板接头Ⅱ， 10USBⅢ，11计算机，12顶部固定板，13继电器开关，14数据采集卡，15风扇，16气敏传感器阵列，17质量流量控制器，18流量调节阀，19流量调节阀固定支撑，20二位三通换向阀，21二位三通换向阀固定支撑，22质量流量控制器固定支撑，23三输出直流电源， 24底部固定板，25采样气泵，26中部固定板，27气体反应室固定支撑，28鼠道式气体反应室，29气体反应室出气口，30气体反应室进气口，31温度传感器探头，32湿度传感器探头，33封盖。

具体实施方式

下面结合附图1-7对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1-3所示，电子鼻检测系统，包括机箱(6)、气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块、样品恒温模块和计算机(11)。气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块安装于机箱(6)中，样品控温模块为独立部分，控制和数据处理模块位于机箱(6)的顶部，安装在顶部固定板12上，顶部固定板12与机箱(6)通过螺栓连接在一起，控制和数据处理模块通过导线与气味检测模块、气路传输模块、电源模块连接在一起，气味检测模块位于机箱(6)的中部，安装在中部固定板(26)上，中部固定板(26)与机箱(6)通过螺栓连接在一起，气路传输模块位于机箱(6)的底部，安装在底部固定板(24)上，气路传输模块与机箱6通过螺栓连接在一起，电源模块位于机箱(6)的最下层，通过螺栓连接在底部固定板(24)的下面，电源模块通过导线与控制和数据处理模块、气味检测模块、气路传输模块连接在一起，为各部分供电，样品恒温模块为独立部分，位于机箱(6)外部，通过气管和数据线与机箱(6)连接在一起，计算机(11)通过数据线与机箱(6) 的USB接口III(10)连接。

所述气味检测模块包括鼠道式气体反应室(28)、气体反应室固定支撑(27)、温度传感器31、湿度传感器32和气敏传感器阵列(16)，鼠道式气体反应室(28)通过气体反应室固定支撑(27)与中部固定板(26)连接在一起，气体反应室出气口(29)通过导管引向风扇(15)，便于挥发性气味排出，气敏传感器阵列(16)通过螺钉固定在鼠道式气体反应室(28)上，每个气敏传感器插入在气体反应室(28)的一个小型反应室中，使用绝缘密封胶对气敏传感器与鼠道式气体反应室的接缝处进行密封，防止漏气。

所述鼠道式气体反应室(28)主体采用3D打印加工方式，气体反应室(28)整体为圆盘状结构，气体反应室进气口(30)位于气体反应室(28)下部中心，气体反应室进气口(30)设有电磁阀，气体反应室进气口(30)在气体反应室(28)内与10条通道282的进口连通，所述10条通道282分别沿气体反应室进气口(30)斜向上延伸，每个通道282的出口与各自的小型反应室281的底部连通，所述小型反应室281是从鼠道式气体反应室(28)顶部向下开设的圆柱状凹槽，小型反应室281在圆周上均匀分布，相邻小型反应室281的直径不同，可供不同大小的气敏传感器插入其中。每个通道282都为密闭通道，每个通道282与气体反应室进气口(30)之间的夹角为75 度。每个小型反应室281的内周壁都有开设有螺旋凹槽。相对的两个小型反应室281之间在其中上部的位置通过一条气道283互相连通， 5条气道283之间在气道中部相交并与设置在气体反应室(28)顶部的开口284连通，所述气道283用于导出小型反应室内的气体，同时还可以平衡小型反应室281的气压，使得气敏传感器工作在相同的气压环境下。鼠道式气体反应室(28)还包括封盖33，封盖33盖在开口284上，封盖33与开口284之间用密封条密封，气体反应室出气口29设置在封盖33中心，该出气口29设有电磁阀。气体反应室进气口30处设有温度传感器探头31，湿度传感器探头32，如图5a所示，温度传感器探头31和湿度传感器探头32用于检测进入气体反应室的气流的温度和湿度。如图4，5a所示，鼠道式气体反应室(28) 内部设有一圈环形气道285，该环形气道285贯通全部小型反应室281，用于平衡小型反应室281内的气压。

鼠道式气体反应室(28)内部采用了分流式的气流传输方式，通过(10)条传输通道将气流传输至各个小型反应室并与气敏传感器发生反应，保证气流与各个传感器反应能够同时进行，从气体反应室进气口(30)分散出的通道与垂直方向夹角为75⁰可减小气流碰撞避免带来的损失，增加气流的传输效率。如图7所示，小型反应室内壁为螺旋式结构，能够使得气流在内部形成涡流，从而增长气流的停留时间，使得气流与气敏传感器阵列充分接触。而环形气道285的存在能够迅速的实现小型反应室281之间的气压平衡，制造相同的工作环境。

所述气敏传感器阵列(16)包括10个金属氧化物气敏传感器，其型号及其敏感特性分别为：TGS822、TGS2603、MQ135、TGS2600、 MQ137、TGS2620、MQ138、TGS2610、TGS813、WSP2110。

对应检测挥发性物质为：

TGS813:异丁烷、丙烷、乙醇、甲烷；

TGS822:丙酮、乙醇、苯、乙烷；

TGS2600:大多数的挥发性有机物、硫化氢等；

TGS2603:胺系、硫系、恶臭气体；

TGS2610：丙烷、丁烷等；

TGS2620：酒精等有机溶剂；

MQ135:含氮化合物(氨气、胺等)，含硫化合物(硫醚类气体、硫化氢等)，含苯环化合物(苯、甲苯等)；

MQ138:醛类气体(甲醛等)；

MQ137:含氮化合物(氨气、胺等)；

WSP2110:含苯环化合物(苯、甲苯等)，醛类(甲醛等)。

结合图6对恒温装置到气体反应室的气路连接结构进行进一步的说明如下：所述气路传输模块包括穿板接头Ⅰ(7)、穿板接头Ⅱ(9)、二位三通换向阀(20)、二位三通换向阀固定支撑(21)、流量调节阀(18)、流量调节阀固定支撑(19)、质量流量控制器(17)、质量流量控制器固定支撑(22)和采样气泵(25)。二位三通换向阀 (20)通过二位三通换向阀固定支撑(21)与底部固定板(24)连接在一起，流量调节阀(18)通过流量调节阀固定支撑(19)与底部固定板(24)连接在一起，质量流量控制器(17)通过质量流量控制器固定支撑(22)与底部固定板(24)连接在一起，采样气泵通(25) 过螺栓固定在底部固定板(24)上，穿板接头Ⅰ(7)和穿板接头Ⅱ (9)固定在机箱(6)前部，然后将穿板接头Ⅰ(7)和穿板接头Ⅱ (9)的输出端口分别与二位三通换向阀(20)的两个输入端通过导管连接，二位三通换向阀(20)输出端与流量调节阀(18)的输入端通过导管连接，二位三通换向阀(20)用于进行气路切换，实现清洁空气与样品气味空气的切换；流量调节阀(18)的输出端与质量流量控制器(17)的输入端通过导管连接，质量流量控制器(17)的输出端与采样气泵(25)的输入口通过导管连接，采样气泵(25)的输出口连接导管，将导管穿过顶部固定板(12)中部的预留孔连接在鼠道式气体反应室(28)的进气口(30)上。所述采样气泵(25)为隔膜式可调速真空泵，能够稳定的输入、输出气流。流量调节阀(18)用于通过手动的方式粗调气流大小，质量流量控制器(17)用于精密调节气流流量，可通过计算机设定。

结合图7，对电子鼻检测系统的电路结构说明如下：所述控制和数据处理模块包括数据采集卡(14)和继电器开关(13)。USB接口II、继电器开关13与数据采集卡14电连接，数据采集卡(14)和继电器开关(13)通过螺栓固定在顶部固定版(12)的上方，计算机(11) 通过数据线与USB接口Ⅲ(10)连接，数据采集卡(14)AD端口与气敏传感器阵列(16)通过导线连接，数据采集卡(14)通过数据线与USB接口Ⅲ(10)连接，继电器开关(13)通过导线与采样气泵(25)、二位三通换向阀(20)连接，控制其电源通断。数据采集卡(14)用于将气敏传感器阵列(16)采集到的模拟气味信号转换为数字信号并传输给计算机(11)，计算机(11)将各个传感器对应的气味值显示到屏幕上，同时计算机(11)还用于对气味信号值进行处理和存储。

所述电源模块为一个三输出直流电源(23)，将220V照明电压输出为5V、12V、24V直流电压，三输出直流电源(23)通过螺栓固定在底部固定板(24)下面，三输出直流电源(23)通过导线与继电器开关(13)、质量流量控制器(17)、风扇(15)、气敏传感器阵列阵列(16)、二位三通换向阀(20)、采样气泵(25)连接，提供各自所需电压值。

所述样品恒温模块包括恒温装置(5)、样品瓶(1)，样品瓶(1) 插放在恒温装置(5)内部，恒温装置(5)的数据接口USBⅠ(4) 通过数据线与机箱上的数据接口USBⅡ(8)连接，由此可使用计算机来控制恒温装置，设定和检测其温度。样品瓶出气口(2)和恒温装置出气口(3)分别通过导管连接穿板接头Ⅰ(7)、穿板接头Ⅱ(9) 进气口端。所述恒温装置(5)其作用为控制样品挥发性气味和载气的温度，使其保持稳定。恒温装置(5)中包括加热和降温模块，温度传感器等部件。

本实用新型的电子鼻检测系统的工作过程主要包括设备参数设定、基线采集阶段、样品采集阶段、基线恢复阶段、数据存储及处理。

首先将整个系统接通电源，系统上电，将装置预热30分钟，将样品放进样品瓶密封，将样品瓶放入恒温装置，通过计算机给恒温装置设定样品所需恒定温度值，为质量流量控制器发送信号，设定所需流量值。

待计算机屏幕中显示样品温度达到设定温度值，操作计算机上的手动按钮，启动采样气泵，将预热的载气(即外部清洁空气)通过恒温装置出气口3、穿板接头Ⅱ进气口、二位三通电磁阀、流量调节阀、质量流量控制器、采样气泵传输到达鼠道式气体反应室(计算机(11) 已经预先打开气体反应室出气口29的电磁阀和气体反应室进气口30 的电磁阀)，气敏传感器阵列产生信号值，进行基线采集阶段，基线采集时间设定为50秒，采样间隔为1秒，采样50个。

通过计算机屏幕观察气敏传感器阵列实时信号值，待采集曲线平稳进行一段时间后，操作计算机上的手动按钮，切换二位三通换向阀气路，使携带有样品瓶中的样品的挥发性气味的气体通过样品瓶出气口、穿板接头Ⅰ进气口、二位三通电磁阀、流量调节阀、质量流量控制器、采样气泵传输到达鼠道式气体反应室，通过鼠道式气体反应室中的分流气流通道到达气敏传感器阵列，然后产生响应信号值，进行样品气味采集阶段，气味采集时间设定为150秒，采样间隔为1秒，采样150个。

通过计算机屏幕观察气敏传感器阵列实时响应信号值，待采集曲线平稳进行一段时间后，操作计算机上的手动按钮，切换二位三通换向阀气路，接入载气，进行基线恢复阶段，基线恢复时间设定为100 秒，采样间隔为1秒，采样100个。

待基线恢复至初值并且平稳一段时间后，通过操作计算机将采集到的气味响应信号值进行存储及处理，最终得到检测结果。

通过本实用新型能够实时、快速、无损的进行气味检测，检测精度高。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种电子鼻检测系统，包括机箱、气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块和样品恒温模块和计算机，其特征在于：气路传输模块、气味检测模块、控制和数据处理模块、电源模块安装于机箱中；控制和数据处理模块通过导线与气味检测模块、气路传输模块、电源模块连接在一起；电源模块通过导线与控制和数据处理模块、气味检测模块、气路传输模块连接在一起，为各部分供电；样品恒温模块位于机箱外部，通过气管和数据线与机箱连接在一起；样品恒温模块通过气路传输模块与气味检测模块连接，计算机通过数据线与机箱的USB接口连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气味检测模块包括气体反应室和气敏传感器阵列，气体反应室出气口通过导管引向风扇，气敏传感器阵列安装在鼠道式气体反应室上，气敏传感器与鼠道式气体反应室的接缝处由密封胶密封。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：气敏传感器阵列包括10个金属氧化物气敏传感器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气路传输模块包括第一穿板接头、第二穿板接头、二位三通换向阀、流量调节阀、质量流量控制器和采样气泵；第一穿板接头和第二穿板接头固定在机箱前部，第一穿板接头和第二穿板接的输出端口分别与二位三通换向阀的两个输入端通过导管连接，二位三通换向阀输出端与流量调节阀的输入端通过导管连接，流量调节阀的输出端与质量流量控制器的输入端通过导管连接，质量流量控制器的输出端与采样气泵的输入口通过导管连接，采样气泵的输出口连接导管，导管连接在鼠道式气体反应室进气口上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述样品恒温模块包括恒温装置和样品瓶，样品瓶插放在恒温装置内部，样品瓶出气口和恒温装置出气口分别通过导管连接第一穿板接头和第二穿板接头的进气口端。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：气体反应室整体为圆盘状结构，气体反应室进气口位于气体反应室下部中心，气体反应室进气口在气体反应室内与多条通道的进口连通，多条通道分别沿气体反应室进气口斜向上延伸，每个通道的出口与各自的小型反应室连通，所述小型反应室是从鼠道式气体反应室顶部向下开设的圆柱状凹槽，小型反应室在圆周上均匀分布，相邻小型反应室的直径不同，每个通道都为密闭通道。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：每个通道与气体反应室进气口之间的夹角为75度。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：每个小型反应室的内周壁都有开设有螺旋凹槽。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：相对的两个小型反应室在其中上部的位置通过一条气道互相连通，气道之间在气道中部相交并与设置在气体反应室顶部的开口连通；气体反应室还包括封盖，封盖盖在开口上，反应室出气口设置在封盖上，气体反应室进气口设有温度传感器探头，湿度传感器探头，气体反应室内部设有一圈环形气道，该环形气道贯通全部小型反应室，气体反应室进气口和体反应室出气口都设有电磁阀。

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