Úvod:

Elektronický nos je zariadenie, ktoré detekuje vôňu efektívnejšie ako ľudský čuch. Elektronický nos pozostáva z mechanizmu na chemickú detekciu. Elektronický nos je inteligentné snímacie zariadenie, ktoré využíva rad plynových senzorov, ktoré sa selektívne prekrývajú spolu s komponentom na reorganizáciu vzoru. Dnes majú elektronické nosy externé výhody pre väčšinu komerčných priemyselných odvetví, poľnohospodárstvo, biomedicínu, kozmetiku, životné prostredie, potraviny, vodu a rôzne oblasti vedeckého výskumu. Elektronický nos detekuje nebezpečný alebo jedovatý plyn, ktorý nie je možný pre ľudské čuchanie.

Elektronický nos

Vône sú zložené z molekúl, ktoré majú špecifickú veľkosť a tvar. Každá z týchto molekúl má zodpovedajúci veľký a tvarovaný receptor v ľudskom nose. Keď konkrétny receptor prijme molekulu, vyšle signál do mozgu a mozog identifikuje vôňu spojenú s konkrétnou molekulou. Elektronické nosy pracujú podobným spôsobom ako človek. Elektronický nos využíva ako receptor senzory. Keď konkrétny senzor prijíma molekuly, prenáša signál skôr do programu na spracovanie ako do mozgu.

Princíp práce s elektronickým nosom:

Elektronický nos bol vyvinutý s cieľom napodobniť čuch človeka, ktorého funkcie nie sú samostatným mechanizmom, t. J. Vôňa alebo príchuť sa vníma ako globálny odtlačok prsta. Prístroj v zásade pozostáva zo sady snímačov, modulov reorganizácie vzoru a vzorkovania headspace, aby sa vygeneroval signál, ktorý sa používa na charakterizáciu pachov. Elektronický nos sa skladá z troch hlavných častí, ktorými sú detekčný systém, výpočtový systém, systém dodávania vzoriek.

Elektronická bloková schéma nosa

Systém dodania vzorky: Systém dodávania vzoriek umožňuje generovanie horného priestoru vzorky alebo prchavých zlúčenín, čo je analyzovaná frakcia. Systém potom pošle tento priestor pre hlavu do detekčného systému elektronického nosa.

Detekčný systém: Reaktívnou súčasťou prístroja je detekčný systém, ktorý sa skladá zo skupiny senzorov. Pri kontakte s prchavými zlúčeninami v tom čase senzory reagujú a spôsobujú zmeny v elektrických charakteristikách.

Výpočtový systém: Vo väčšine elektronických nosov je každý snímač špecifickým spôsobom citlivý na všetky molekuly. Avšak v bioelektrických nosoch sa používajú receptorové proteíny, ktoré reagujú na špecifické molekuly vône. Väčšina elektronických nosov používa pole senzorov, ktoré reagujú na prchavé zlúčeniny. Kedykoľvek senzory zaznamenajú akýkoľvek zápach, zaznamená sa špecifická odozva, že signál sa prenesie do digitálnej hodnoty.

Najčastejšie používané snímače v elektronickom nose

Polovodič z oxidu kovu (MOSFET)

Vodivé polyméry

Mikrováha z kremenného kryštálu

Piezoelektrické snímače

Senzory oxidu kovu

Polovodičový snímač oxidu kovu:

Toto sa používa na spínanie alebo zosilňovanie elektronické signály. Princíp fungovania MOSFET je ten, že molekuly vstupujúce do oblasti snímača budú nabité kladne alebo záporne, čo má priamy vplyv na elektrické pole vo vnútri MOSFET.

Senzory oxidu kovu: (MOS)

“ako previesť dc na striedavý prúd bez transformátora ”

Tento senzor je založený na adsorpcii molekúl plynu, ktorá vyvoláva zmenu vodivosti. Táto zmena vodivosti je mierou množstva adsorbovaného prchavých organických zlúčenín.

Piezoelektrické snímače:

Adsorpcia plynu na povrch polyméru vedie k zmene hmotnosti na povrchu snímača. To je zase produkcia zmeny rezonančnej frekvencie kryštálu.

Mikrováha z kremenného kryštálu:

Toto je spôsob merania hmotnosti na jednotku plochy meraním zmeny frekvencie kryštálového rezonátora. To je možné uložiť do databázy.

Vodivé polyméry:

Senzory vodivého polymérneho plynu fungujú na základe zmeny elektrického odporu spôsobeného adsorpciou plynov na povrch senzora.

Analýza údajov pre elektronický nos:

Digitálny výstup generovaný elektronickými senzormi nosa je potrebné analyzovať a interpretovať, aby bolo možné zabezpečiť. Existujú tri hlavné typy komerčne dostupných techník.

Grafická analýza
Viacrozmerná analýza údajov
Sieťová analýza

Analýza dát pre elektronický nos

Výber použitej metódy závisí od dostupných vstupných údajov zo senzorov.

Najjednoduchšou formou redukcie údajov je grafická analýza užitočná na porovnanie vzoriek alebo porovnanie pachových identifikačných prvkov neznámych analytikov s prvkami známych zdrojov v referenčných knižniciach.

“variabilný obvod napájania jednosmerným prúdom ”

Analýza viacerých premenných generuje sadu techník na analýzu údajov, ktorá je trénovaná alebo netrénovaná. Netrénované techniky sa používajú, keď predtým nebola vybudovaná databáza známych vzoriek. Najjednoduchšou a najbežnejšie používanou netrénovanou technikou MDA je analýza základných komponentov. Elektronická analýza údajov z nosa MDA je veľmi užitočná, keď majú snímače čiastočne citlivosť na jednotlivé zlúčeniny prítomné v miešačke vzoriek. DPS je najužitočnejší, keď nie je k dispozícii žiadna známa vzorka.

Neurónová sieť je najznámejšou a najodvodenejšou analytickou technikou používanou v štatistických softvérových balíkoch pre komerčne dostupný elektronický nos.

Príklady elektronického nosového systému na detekciu ovocného pachu:

Elektronický systém nosa

Navrhovaný elektronický systém nosa bol testovaný na pachy troch druhov ovocia, a to Leman, Banana a Liči. Vône sa pripravovali umiestnením vzorky ovocia do rozbíjačov utesnených krytom. Model 8051 bol uvedený do testovacieho alebo tréningového režimu. Ak je systém v tréningovom režime, hodnota senzora sa zobrazí na LCD displeji. Pokiaľ je systém v testovacom režime, výsledok klasifikácie cieľového ovocia sa zobrazí na LCD. Pole snímačov dostáva plyn cez ventil1, ktorý je normálne zatvorený. Vákuová pumpa je zapnutá na 20 sekúnd, aby sa plyn odčerpal z poľa snímačov.

Nastavenie testovania plynu pre navrhovaný systém E-Nose

Hodnota 1 bola uzavretá a odpor snímača bol daný 60 sekúnd, aby sa dosiahol režim stavu štúdie. Výsledok klasifikácie charakteristických hodnôt senzorov sa objavil na LCD. Komora poľa snímačov bola odpojená od rozbíjača vzoriek ovocia a ventil 1 bol otvorený na privádzanie čerstvého vzduchu, ventil 2 bol otvorený tak, aby boli odčerpané pachy. Komora bola dve minúty vetraná čerstvým vzduchom.

Aplikácia elektronického nosa:

Lekárska diagnostika a monitorovanie zdravia
Monitorovanie životného prostredia
Aplikácia v potravinárskom priemysle
Zistenie výbušniny
Vesmírne aplikácie (NASA)
Výskum a vývoj
Laboratóriá kontroly kvality
Oddelenie procesu a výroby
Zistenie zápachu drog
Zistenie škodlivých baktérií

Dúfam, že teraz máte predstavu o tom, ako funguje elektronický nos. - ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tohto konceptu alebo elektrických a - elektronický projekt zanechajte prosím komentár nižšie.

Fotografický kredit: