TW201405121A - 電子鼻裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明一實施例之電子鼻裝置至少包含一風扇模組，一氣體分子感測模組，一控制單元，一輸出單元；風扇模組至少包含一致動器與一氣流推進機構，負責主動抽入空氣讓氣體分子感測模組偵測；氣體分子感測模組至少包含一個已披覆可結合特定氣體分子的化合物於傳感器上所構成的氣體分子感測器；控制單元包含一馬達控制單元及氣體感測器控制單元；馬達控制單元包含一馬達激磁電路與反電動勢偵測電路；氣體感測器控制單元包含一感測器激發電路與反應偵測電路；輸出單元包含一演算單元計算控制單元提供之感側訊號後產生演算結果，則輸出單元依據演算結果輸出指示信號給操作者或相容指示主機。

Description

電子鼻裝置
本發明係關於一種裝置，特別是關於一種電子鼻裝置。
現行電子鼻大多應用於檢驗與工業用途，故體積較大且不適合用於居家與商業用途。
小型的電子鼻則大致分為儲氣式(中華民國專利537879)，被動式(中華民國專利M305669)，串接流量計式(中華民國專利公開號201219009)。
儲氣式電子鼻需要一儲氣空間與複雜的空氣管路系統來產生一穩定氣流供偵測。
被動式電子鼻則無法偵測未經由外力灌入的氣體(如廁所的臭味)。
串接流量計式則需要在電子鼻中加入流量偵測器來補償不穩定的氣流。
本發明之目的之一，在提供一種電子鼻裝置，其不需要流量計即可偵測。
本發明之目的之一，在提供一種電子鼻裝置，具有穩定氣流感測功效。
本發明之一實施例在於改量流量偵測式電子鼻的風扇控制電路，利用無刷馬達的激磁與反電動勢的關係來 推算空氣流量，以簡化主動抽氣式電子鼻的結構，進而推動電子鼻應用的普及。
本發明至少包含一風扇模組，一氣體分子感測模組，一控制單元，一輸出單元。
風扇模組至少包含一致動器與一氣流推進機構，負責主動抽入空氣讓氣體分子感測模組偵測。
氣體分子感測模組至少包含一個已披覆可結合特定氣體分子的化合物於傳感器上所構成的氣體分子感測器。
控制單元包含一馬達控制單元及氣體感測器控制單元。馬達控制單元包含一馬達激磁電路與反電動勢偵測電路。氣體感測器控制單元包含一感測器激發電路與反應偵測電路控制風扇模組，讓氣體分子感測模組偵測，以產生一感測資料。
輸出單元依據控制單元提供之感測資料，產生一演算結果，以輸出一指示信號給一操作者或一相容指示主機。輸出單元包含一演算單元，演算單元用以計算控制單元提供之感測資料，以產生一演算結果。
100‧‧‧電子鼻裝置
101‧‧‧風扇模組
101a‧‧‧致動器
101b‧‧‧氣流推進機構
102‧‧‧氣體分子感測模組
102‧‧‧氣體分子感測器
103‧‧‧控制單元
103a‧‧‧馬達控制單元
103a1‧‧‧馬達激磁單元
103a2‧‧‧反電動勢偵測電路
103b‧‧‧氣體感測控制單元
103b1‧‧‧感測器激發電路
103b2‧‧‧反應偵測電路
104‧‧‧輸出單元
104a‧‧‧演算單元
第1A圖顯示本發明一實施例之電子鼻裝置之一示意圖。
第1B圖顯示本發明一實施例之反電動勢電路之一示意圖。
第2圖顯示本發明一實施例之風扇轉速與空氣流量的關係圖。
第1A圖顯示本發明一實施例之電子鼻裝置之 一示意圖。如第1A圖所示，本發明之電子鼻裝置100至少包含一風扇模組101、一氣體分子感測模組102，一控制單元103、一輸出單元104。
風扇模組101至少包含一致動器101a與一氣流推進機構101b。風扇模組101負責主動抽入空氣讓氣體分子感測模組102偵測。其中，致動器101a用以帶動風扇模組101。氣流推進機構101b用以推動空氣產生氣流。
氣體分子感測模組102用以偵測由風扇模組101打入之空氣。氣體分子感測模組102至少包含一個可對特定氣體分子感應而產生電氣信號變化(如電壓，電流，頻率，相位)的氣體分子感測器。
控制單元103包含一馬達控制單元103a及氣體感測器控制單元103b。馬達控制單元103a用以控制風扇模組101之馬達。馬達控制單元103a包含一馬達激磁電路103a1與反電動勢偵測電路103a2。馬達激磁電路103a1用以驅動風扇模組101之馬達。反電動勢偵測電路103a2用以偵測風扇模組101之馬達產生之反電動勢。感測器控制單元103b用以控制氣體分子感測模組102。感測器控制單元103b包含一感測器激發電路103b1與反應偵測電路103b2。感測器激發電路103b1用以驅動氣體分子感測模組102。反應偵測電路103b2用以偵測氣體分子感測模組102之感測結果。控制單元103控制風扇模組101吸入空氣至電子鼻裝置100中。接著，風扇模組101傳送一氣流至氣體分子感測模組102偵測，以產生一感測資料。
輸出單元包含一演算單元，演算單元用以計算控制單元提供之感測資料，以產生一演算結果，輸出單元依據演算結果輸出一指示信號給一操作者或一相容指示主機。
一實施例，上述傳感器可為一壓電石英晶體、表面聲波、電化學、光纖、表面電漿共振或金屬氧化物半導 體。
一實施例，上述披覆可結合特定氣體分子的化合物可為ZnO,NiO,Fe2O3,TiO2,CdSnO3,SnO2,WO3 and Au nanoparticle或WO3+SnO2,WO3+ZnO,TiO2+ZnO and WO3+Fe2O3 hybrid nanoparticle或CYS-LYS-ARG-GLN-HIS-PRO-GLY-LYS-ARG-CYS或LYS-ARG-GLN-HIS-PRO-GLY-LYS-ARG(KRQHPGKR)或LYS-ARG-GLN-HiS-PRO-GLY(KRQHPG)或HAC01-Acid或TN-Ammonia或DH31-Amine-acid或P1-Aromatic或A1N-Amine-Mercaptans或A5N-Mercaptans或其他任何可與Indole或Ammonia結合的化合物、陰離子或陽離子受質(受體)、胜肽及其對應之抗體。
一實施例中，可與Indole或Ammonia結合的胜肽為一種蛋白質特定區域(protein domain)(包含胜肽)，其藉由各種結合方式來捕捉如有具氣味辨認之物質來作功能性確認。而一實施例之蛋白質特定區域可來自於一蛋白質基體。其中該蛋白質基體包括疏水性結合蛋白(hydrophobic interaction protein)、或氫鍵鍵結蛋白(hydrogen bonding protein)、或植物荷爾蒙鍵結蛋白(plant hormone binding protein)等特定區域；與其重組功能同系物(recombinant functional homologous)。
該蛋白質基體之一實施例為生長素影響因子-運輸抑制因子反應1-類蛋白(transport inhibitor response 1-like protein(TIR1-like protein))。
一實施例，上述的致動器可為直流無刷馬達或步進馬達或交流感應馬達或三相交流同步馬達。
一實施例，上述的氣流推進機構可為扇葉或螺旋槳或渦輪。
一實施例，上述的輸出單元可為一光信號指示 器如發光二極體或鎢絲燈泡或雷射。
一實施例，上述的輸出單元可為一圖像顯示裝置如液晶顯示器或有機發光二極體顯示器。
一實施例，上述的輸出單元可為一聲音信號指示器，如蜂鳴器或喇叭。
一實施例，上述的輸出單元可為一無線傳輸界面，如藍牙或Wifi。
一實施例，上述的輸出單元可為一有線傳輸界面，如USB,UART,SPI。
一實施例，風扇模組191是用來驅動氣流，其電磁線圈的反電動勢會和氣流推進機構101b(如螺旋槳)與空氣間之作用力相關，因而可透過激磁電流，轉速，反電動勢大小算出氣流。反電動勢電路之一實施例如第1B圖所示。如該圖所示，反電動勢電路包含有三個開關ABC、三個線圈、及三個二極體。先假設該風扇模組之一馬達的轉子為永久磁鐵，定子有三個線圈如上圖所示，輪流導通ABC三個開關即可產生一旋轉磁場帶動轉子旋轉。
當開關ABC斷路且轉子仍在旋轉時，由冷次定律可知線圈的磁通量會隨轉子旋轉而產生感應電流，並在線圈二端(如節點1對地)產生一感應電動勢，此一感應電動勢即為反電動勢。
另外由法拉第感應定律可知，感應電動勢大小與磁通量變化連成正比，亦即可由反電動勢大小推算出馬達轉速。因此，可在馬達出廠前以數種固定速度帶動馬達並記錄反電動勢後便可在實際使用時由測量之反電動勢推算轉速。
依此方式，利用該些激磁電流，轉速，反電動勢...等相關資訊可算出預設單位內的氣流流量。
而氣體分子感測模組產生的信號可再透過氣流 量來校正成為真實的待測分子含量。一實施例，計算氣體分子感測模組其經校正後所求得之補償過氣流量後的質量變化mcal與之一示例性之計算方程式如下：mcal=K*△m/K...(1)其中，△m：蛋白質區域吸附氣體分子後的質量變化；V：反電動勢；K：氣流量常數，取決於機構設計；mcal：補償過氣流量後的質量變化M：標的氣體分子量
接著再將mcal/M可得到氣體分子感測模組吸附之分子數量而產生真實的待測分子含量。
[0042]如此，本發明實施例之電子鼻裝置可達成準確偵測氣味之功效，簡化了主動吸氣的電子鼻的結構，可讓電子鼻應用在更廣泛的領域。
應用一：
安裝可偵測氨與硫醇的電子鼻於公廁，便可用來監測廁所的異味，進而由中央監控主機自動通知清潔人員過去清潔或是自動噴芳香劑以即时維持廁所之環境衛生。
應用二：
固定可偵測氨與硫醇的電子鼻於尿布(寵物或小孩)上，便可定時自動監測寵物或小孩是否排洩，進而指示是否需要更換尿布。
應用三：
在安養中心，可固定偵測氨與硫醇的電子鼻於成人尿布上，以便自動監測是否有需要更換尿布，並發出提示信號或通知 中央監控主機，進而指示護理人員幫忙更換。如此一方面可減少護理人員需定時查看的麻煩，亦對需要看護的人提升尊重的程度。
第2圖顯示本發明一實施例之風扇轉速與空氣流量的關係圖。如第2圖所示，風扇之激磁，反電動勢，空氣流量的關係可如下：固定風扇直徑下，空氣流量與風扇轉速成正比。
直流無刷馬達可利用偵測某一特線圈的反電動勢信號來直接測風扇轉速，馬達控制器可以視情況來做定速定流控制或是直接回饋轉速資料供後續運算。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者可進行各種變形或變更均落入本發明之申請專利範圍。
100‧‧‧電子鼻裝置
101‧‧‧風扇模組
101a‧‧‧致動器
101b‧‧‧氣流推進機構
102‧‧‧氣體分子感測模組
102‧‧‧氣體分子感測器
103‧‧‧控制單元
103a‧‧‧馬達控制單元
103a1‧‧‧馬達激磁單元
103a2‧‧‧反電動勢偵測電路
103b‧‧‧氣體感測控制單元
103b1‧‧‧感測器激發電路
103b2‧‧‧反應偵測電路
104‧‧‧輸出單元
104a‧‧‧演算單元

Claims (16)

  1. 一種電子鼻裝置，包含：風扇模組，用以主動抽入空氣；氣體分子感測模組至少包含一個已披覆可結合特定氣體分子的化合物於傳感器上所構成的氣體分子感測器；控制單元包含一馬達控制單元及氣體感測器控制單元；該馬達控制單元包含一馬達激磁電路與反電動勢偵測電路；該氣體感測器控制單元包含一感測器激發電路與反應偵測電路；該控制單元控制該風扇模組，讓該氣體分子感測模組偵測，以產生一感測資料；以及輸出單元包含一演算單元，該演算單元用以計算該控制單元提供之感測資料，以產生一演算結果，該輸出單元依據該演算結果輸出一指示信號給一操作者或一相容指示主機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該披覆可結合特定氣體分子的化合物為一種蛋白質特定區域(protein domain)，其藉由各種結合方式來捕捉如有具氣味辨認之物質來作功能性確認。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該披覆可結合特定氣體分子的化合物其他與Indole或Ammonia結合的化合物、陰離子或陽離子受質(受體)、胜肽及其對應之抗體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該風扇模組包含：一致動器，用以帶動該風扇模組；以及一氣流推進機構，用以推動空氣產生氣流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該馬達控制單元包含： 一馬達控制單元，用以控制該風扇模組之馬達；以及一感測器控制單元，用以控制該氣體分子感測模組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該馬達控制單元包含：一馬達激磁電路，用以驅動該風扇模組之馬達；以及一反電動勢偵測電路，用以偵測該風扇模組之馬達產生之反電動勢。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該感測器控制單元包含：一感測器激發電路，用以驅動該氣體分子感測模組；以及一反應偵測電路，用以偵測該氣體分子感測模組之感測結果。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該輸出單元包含一計算器，該計算器用以計算該感測資料，產生該演算結果。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該傳感器為一壓電石英晶體、表面聲波、電化學、光纖、表面電漿共振或金屬氧化物半導體；其中該致動器為直流無刷馬達或步進馬達或交流感應馬達或三相交流同步馬達；該氣流推進機構為扇葉或螺旋槳或渦輪；該輸出單元為一光信號指示器如發光二極體或鎢絲燈泡或雷射；該輸出單元為一圖像顯示裝置包含液晶顯示器或有機發光二極體顯示器；該輸出單元為一聲音信號指示器包含蜂鳴器或喇叭；輸出單元為一無線傳輸界面包含藍牙或全球行動通訊系統(Wifi)；或該輸出單元為一有線傳輸界面，如USB,UART,SPI。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，適用於尿布之氣味偵測。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該風扇模組用以帶動氣流，該風扇模組之電磁線圈的反電動勢會和該氣流推進機構與空氣間之作用力相關，以透過激磁電流，轉速，反電動勢大小算出氣流。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該反電動勢偵測電路包含有複數個開關、對應該複數個開關之複數個線圈，且設定該風扇模組之一馬達之轉子為永久磁鐵，定子為該複數個線圈，該反電動勢電路輪流導通該複數個開關以產生一旋轉磁場帶動該轉子旋轉，於該複數個開關斷路且轉子仍在旋轉時，該複數個線圈之磁通量隨該轉子旋轉產生感應電流，以在每一該線圈兩端產生該反電動勢。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該反電動勢大小與該磁通量變化成正比，依據該反電動勢大小推算出該馬達轉速。
  14. 一種電子鼻裝置，包含：風扇模組，用以主動抽入空氣；氣體分子感測模組至少包含一個已披覆可結合特定氣體分子的蛋白質特定區域；控制單元，控制該風扇模組，讓該氣體分子感測模組偵測，以產生一感測資料；以及輸出單元，依據該控制單元提供之感測資料，產生一演算結果，以輸出一指示信號給一操作者或一相容指示主機。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該控制單元包含一反電動勢偵測電路，該反電動勢偵測電路包含有複數個開關、對應該複數個開關之複數個線圈，且設定該風扇模 組之一馬達之轉子為永久磁鐵，定子為該複數個線圈，該反電動勢電路輪流導通該複數個開關以產生一旋轉磁場帶動該轉子旋轉，於該複數個開關斷路且轉子仍在旋轉時，該複數個線圈之磁通量隨該轉子旋轉產生感應電流，以在每一該線圈兩端產生該反電動勢。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該反電動勢大小與該磁通量變化成正比，依據該反電動勢大小推算出該馬達轉速。
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