CN2540633Y - 便携式智能电子鼻的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种便携式智能电子鼻及其制备方法。现有技术的该类电子鼻抗干扰性能差，体积大，价格昂贵。本实用新型的智能电子鼻运用4－8组传感器阵列嗅觉，将测量的信号接入调理电路，经过模式识别，电脑处理后即能识别气体并警示。本实用新型选择待测气体敏感的传感器和干扰气体敏感的传感器组成传感器阵列，利用神经元网络的模式识别的电脑处理，能十分有效地识别测量气体，且具有良好的抗干扰能力。

Description

便携式智能电子鼻的结构

技术领域

本实用新型是一种新型的携带式的气体和气味分析测试仪。

背景技术

电子鼻是一种仪器，由传感器阵列嗅觉和适当的模式识别系统组成，能识别简单或复杂气味。电子鼻中的单个传感器在响应上是非特异性的，能够对多种气体产生广谱响应。由于传感器本身不可避免的缺点，气体的混合成分会对单一参数测量的传感器产生很大的干扰，测量的误差往往难以控制，仪器的性能会受到很大的限制。提高抗干扰能力的有效途径是采用组合式或阵列式多传感器和人工嗅觉原理即电子鼻技术。过去十多年的电子鼻作为一种新型的分析仪器得到迅速的发展，它能分析特定的气体或气味。目前有几种商品化的电子鼻出现，但这些商品电子鼻测试仪器体积大，且十分昂贵。满足不了国内目前对现场的、便携式的分析仪器越来越多的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于研制一种体积小、重量轻便携式智能电子鼻。

本实用新型的目的在于研制一种价格低、灵敏度高的便携式智能电子鼻。

本实用新型的目的在于研制一种具有抗干扰能力的便携式智能电子鼻。

携带式智能电子鼻采用4个到8个不同的市售半导体氧化物气体传感器组成并联的传感器阵列，每组传感器阵列后连接调理电路，其后再接模数转换电路，最后连接电脑，由电脑对传感器阵列的原始响应信号进行气体的定性识别和浓度的定量分析，该原始响应信号可以是由单一气体和气味或复杂气体和气味引起的复杂信号。通过选择不同气体敏感度的传感器组合使电子鼻对待测气体针对性很强，大大减小了电子鼻的体积。在携带式电子鼻中采用人工神经网络作为电脑运算的基础，所用电路均是目前现有技术，容易实现。然后根据不同气体需求选择该类气体敏感的传感器，因此智能电子鼻有极强的识别与抗干扰以及定性定量能力。传感器选择要根据测定的气体样品来选择，一般选择几个对要定量测定的气体响应较大的传感器，选择几个对干扰气体响应较大的传感器进行组合。通过对单个半导体氧化物气体传感器的测试决定传感器的选择。

本实用新型的工作原理如图1所示，整个系统包括传感器阵列(即多个传感器的并联组合)(1)，调理电路即信号预处理电路(2)，电脑嗅泡(计算机)(4)，结果显示电路(10)等四个部分组成。本实用新型中传感器阵列只由四至八个传感器阵列组成，这样仪器专用性较强，体积小，容易集成，实用价值大。如需要转换智能电子鼻分析气体的种类，只需换用一个或几个不同类型的气体传感器进行不同传感器阵列的组合。每个传感器的气体敏感类型均不相同，它们可以对气体或在干扰气体存在下的气体作出响应。该传感器阵列组成的响应面称为原始响应面，对不同浓度的不同气体具有稳定的响应模式。传感器后联接的信号预处理电路：作用是为了将传感器产生的信号进行放大，缓冲和模数转换等操作，以使信号满足计算机的输入要求。电脑嗅泡是分析测量部件。通过它对传感器阵列信号的变换处理，从而得到吸入传感器阵列的气体中的组成和浓度的信息。经信号调理电路处理后的响应模式信号被送入电脑嗅泡进行运算。利用人工神经网络的模型计算，气体的响应模式被定量的提取，映射，从而形成模式响应面，并迅速地作出定量判断，判断结果输入联接其后的结果显示电路。对超标的情况，警示器立即发出警示信号。

本实用新型的电子鼻在上述结构的基础上可以再装置呼气测试装置：在呼气压力传感器之后联接调理电路，它们之间接一个呼气显示，以检测呼气是否进行。在调理电路之后联一延迟电路；延迟电路之后分别联接有效显示和无效显示；若显示呼气有效则其后有效测量的信号线路从延迟电路联接至电脑进行分析测量。该装置可用于酒后驾车测量，测量时只有呼气达到一定压力后才进行有效测量。该装置与传感器阵列组成的电子鼻集成一体，并不增加本实用新型的体积和重量。

每组传感器阵列之后先接运算放大器，放大测量信号后再接至调理电路、模数转换电路，之后再联接电脑、警示器、显示器。

上述电路结构均是现有技术，该领域技术人员均能从市场直接购得各部件按本发明说明书所述连接成功。

本实用新型的电脑处理运用了众所周知的模式识别人工神经元网络，也可用现有电子鼻的识别技术处理测量气体，达到识别、测量、警示的目的。

本实用新型是首创便携式智能电子鼻，解决许多现场气体和气味的分析问题。它具有广泛的应用前景，可以应用在需要自动监测空气质量的各监测点，可以装备警用车或民用车监测酒后驾车，还可以用在室内空气净化器，空调器，通风系统和保安系统中，或集成在这些系统中。

本实用新型可使便携式智能电子鼻分析仪器技术的定性与定量的针对性更强，采用传感器阵列，扩大了单个传感器的测量范围，克服单个传感器的非专一性。

本实用新型能够以廉价的普通传感器阵列组成探测特定气体的高效系统。

本实用新型应用传感器阵列，电子调理电路及单片机实现了气体测量的专一、灵敏、准确、抗干扰的优良性能，克服了目前电子鼻仪器体积大、成本高的缺点

本实用新型具有可重复开发能力，只要更换传感器阵列中的传感器，即可方便地改为测量其它气体的智能电子鼻。

附图说明

图1是本实用新型电子鼻的结构示意图。

图2是本实用新型实施例图。

图3是本实用新型有呼气测量的结构图。

上述图中，1是传感器，2是调理电路，3是模数转换电路，4是电脑，5、6、7、8分别是四个传感器的运算放大器，9是控制器，10是显示器，11是警示器，12是压力传感器，13是调理电路，14是延迟电路，15是呼气显示，16是有效显示，17是无效显示，18是有效测量，19时零点测量。

具体实施方式

实例：

JFZ 89 SC-2智能酒气电子鼻

本智能电子鼻具体制作时采用了金属氧化物气体传感器阵列(北京东方电子有限公司生产的4个半导体氧化物传感器，型号分别为2M004，MQK1，MQK2，2M007)、信号调理电压电路、由单片机MC68HC705SR3实现的前向人工神经网络模式识别系统。先将系列浓度(从0到1mg/l的酒精气体)和干扰气(2mg/l正己烷，4mg/l正己烷，400mg/l水蒸气，2mg/l正己烷与0.0619mg/l酒精的混合气，400mg/l水蒸气与0.0619mg/l酒精的混合气)送入传感器阵列，产生的响应经调理电路预处理，最后将信号集分为训练集与预测集二组，并将此训练集送入人工神经网络程序进行训练，当神经元网络对所有参与预测的信号进行的预测都符合要求之后，将这时的信号相应矩阵转化成十六进制浮点格式，并利用EPROM编程器写入单片机电脑，(即：使智能电子鼻将传感器的响应信号与酒精气体的浓度形成对应关系)。这样，在实际测量时，单片机利用这些参数对传入的传感器阵列响应进行计算，就能得到准确的组成和浓度信息，并达到抗汽油、水汽等常见共存气体干扰的效果。

本实例按图3结构制作的智能酒气电子鼻可以自动监测的酒精气体的浓度。仪器设有人工任意可设定的报警浓度范围，并有报警装置、呼气压力与时间检测装置和打印装置。使用时，呼气后，气压传感器将感应信号传至调理电路，呼气开始，LEDa亮，同时启动延迟电路和RC充电回路，延迟回路给出一个宽度为3秒的脉冲，在3秒内，如果RC充电回路到预置的高电压，则与门启动，使呼气有效的LEDb亮。未能达到高电压，则呼气无效LEDc亮。呼气有效，有效测量数据进入电脑分析处理，然后显示。

Claims (3)

1.一种便携式智能电子鼻的结构，由传感器、调理电路、模数转换电路和电脑组成，其特征是4-8个半导体氧化物气体传感器并联组成传感器阵列(1)，每组传感器阵列后均是联接调理电路(2)，调理电路后联接模数转换电路(3)，模数转换电路后联接电脑(4)，电脑后分别连接控制器(9)、显示器(10)、警示器(11)。

2.根据权利要求1所述的便携式智能电子鼻结构，其特征是该电子鼻结构有呼气测试装置，即呼气压力传感器(12)后是联接调理电路(13)，调理电路之后是联接延迟电路(14)，在呼气压力传感器和调理电路之间是呼气显示装置(15)，延迟电路之后分别联有效显示(16)、无效显示(17)、有效测量信号线路(18)从延迟电路联至电脑(14)。

3.根据权利要求1所述的便携式智能电子鼻的结构，其特征是每组传感器阵列后是运放(20)，然后连接模数转换电路(3)，从模数转换输出分别联接警示器(11)、显示器(10)。

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