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    電子鼻:

    電子鼻是模擬動物嗅覺器官開發出一種高科技產品,目前科學家還沒有全部搞清楚動物的嗅覺原理。但是隨著科技的發展,目前世界上較為權威的一些大學已經開發出具有廣泛應用的電子鼻,最著名的要數德國的漢堡大學,是當今世界的感測器領域中具有絕對權威。

    電子鼻是利用氣體感測器陣列的響應圖案來識別氣味的電子系統,它可以在幾小時、幾天甚至數月的時間內連續地、實時地監測特定位置的氣味狀況。

    電子鼻主要由氣味取樣操作器、氣體感測器陣列和訊號處理系統三種功能器件組成。電子鼻識別氣味的主要機理是在陣列中的每個感測器對被測氣體都有不同的靈敏度,例如,一號氣體可在某個感測器上產生高響應,而對其他感測器則是低響應,同樣,二號氣體產生高響應的感測器對一號氣體則不敏感,歸根結底,整個感測器陣列對不同氣體的響應圖案是不同的,正是這種區別,才使系統能根據感測器的響應圖案來識別氣味。

    電子鼻的核心器件是氣體感測器。氣體感測器根據原理的不同,可以分為金屬氧化物型、電化學型、導電聚合物型、質量型、光離子化型等很多型別。目前應用最廣泛的是金屬氧化物型。

    電子鼻的應用場合包括環境監測、產品質量檢測(如食品、菸草、發酵產品、香精香料等)、醫學診斷、爆炸物檢測等。

    發展簡史:

    1965年,Buck等利用金屬和半導體電導的變化對氣體進行了測量,Dravieks等則利用接觸電勢的變化實現了氣體的測量。

    然而,作為氣體分類用的智慧化學感測器陣列的概念直到1982年由英國Warwick大學的Persuad等人提出,他們的電子鼻系統包括氣敏感測器陣列和模式識別系統兩部分。其中感測器陣列部分山三個半導體氣敏感測器組成。這一簡單的系統可以分辨按樹腦、玫瑰油、丁香牙油等揮發性化學物質的氣味。隨後的5年,電子鼻研究並沒有引起國際上學術界的廣泛重視。

    1987年,在英國Warwick大學召開的第八屆歐洲化學感測研究組織年會是電子鼻研究的轉機。在本次會議上,以Gardner為首的Warwick大學氣敏感測研究小組發表了感測器在氣體測量方而應用的論文,重點提出了模式識別的概念,引起了學術界廣泛的興趣。

    開了第一次電子鼻專題會議。電子鼻研究從此得到快速發展。

    1994年,Gardne:發表了關於電子鼻的綜述性文章,正式提出了“電子鼻”的概念,標誌著電子鼻技術進入到成熟、發展階段。

    1994年以來,歷經十餘年的發展,電子鼻的研究取得了突飛猛進的進展。目前對於電子鼻的研究主要集中在感測器及電子鼻硬體的設計、模式識別及其理論、電子鼻在食品、農業、醫藥、生物領域的應用、電子鼻與生物系統的關係等方而。其中感測器及電子鼻硬體的設計和電子鼻在食品及農業領域的應用是電子鼻研究中的熱點。

    工作原理

    電子鼻主要由氣敏感測器陣列、訊號預處理和模式識別三部分組成。某種氣味呈現在一種活性材料的感測器面前,感測器將化學輸入轉換成電訊號,由多個感測器對一種氣味的響應便構成了感測器陣列對該氣味的響應譜。顯然,氣味中的各種化學成分均會與敏感材料發生作用,所以這種響應譜為該氣味的廣譜響應譜。為實現對氣味的定性或定量分析,必須將感測器的訊號進行適當的預處理(消除噪聲、特徵提取、訊號放大等)後採用合適的模式識別分析方法對其進行處理。理論上,每種氣味都會有它的特徵響應譜,根據其特徵響應譜可區分小同的氣味。同時還可利用氣敏感測器構成陣列對多種氣體的交叉敏感性進行測量,透過適當的分析方法,實現混合氣體分析。

    電子鼻正是利用各個氣敏器件對複雜成分氣體都有響應卻又互不相同這一特點,藉助資料處理方法對多種氣味進行識別,從而對氣味質量進行分析與評定。

    電子鼻識別的主要機理是在陣列中的每個感測器對被測氣體都有不同的靈敏度,例如,一號氣體可在某個感測器上產生高響應,而對其他感測器則是低響應;同樣,二號氣體產生高響應的感測器對一號氣體則不敏感,歸根結底,整個感測器陣列對不同氣體的響應圖案是不同的,正是這種區別,才使系統能根據感測器的響應圖案來識別氣體。

    電子鼻的工作可簡單歸納為:感測器陣列-訊號預處理-神經網路和各種演算法-計算機識別(氣體定性定量分析)。從功能上講,氣體感測器陣列相當於生物嗅覺系統中的大量嗅感受器細胞,神經網路和計算機識別相當於生物的大腦,其餘部分則相當於嗅神經訊號傳遞系統。

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