Úvod:

Elektronický nos je zařízení, které detekuje vůni účinněji než lidský čich. Elektronický nos se skládá z mechanismu pro chemickou detekci. Elektronický nos je inteligentní snímací zařízení, které používá řadu plynových senzorů, které se selektivně překrývají spolu s komponentou reorganizace vzoru. Dnes elektronické nosy poskytly externí výhody pro řadu komerčních průmyslových odvětví, zemědělství, biomedicíny, kosmetiky, životního prostředí, potravin, vody a různých oborů vědeckého výzkumu. Elektronický nos detekuje nebezpečný nebo jedovatý plyn, který není pro lidské čichače možný.

Elektronický nos

Vůně jsou složeny z molekul, které mají specifickou velikost a tvar. Každá z těchto molekul má v lidském nose odpovídající velikost a tvar receptoru. Když konkrétní receptor přijme molekulu, vyšle signál do mozku a mozek identifikuje vůni spojenou s konkrétní molekulou. Elektronické nosy fungují podobně jako lidské. Elektronický nos používá jako receptor senzory. Když konkrétní senzor přijímá molekuly, přenáší signál spíše do programu ke zpracování než do mozku.

Princip fungování elektronického nosu:

Elektronický nos byl vyvinut za účelem napodobení lidského čichu, jehož funkce nejsou samostatným mechanismem, tj. Vůně nebo chuť je vnímána jako globální otisk prstu. Přístroj se v zásadě skládá ze sady senzorů, modulů pro reorganizaci vzorů a vzorkování hlavního prostoru, aby generoval signální vzor, který se používá k charakterizaci pachů. Elektronický nos se skládá ze tří hlavních částí, kterými jsou detekční systém, výpočetní systém, systém dodávky vzorků.

Elektronické blokové schéma nosu

Systém doručování vzorků: Systém pro dodávání vzorků umožňuje generování prostoru nad hlavou vzorku nebo těkavých sloučenin, což je analyzovaná frakce. Systém poté odešle tento prostor pro hlavu do detekčního systému elektronického nosu.

Detekční systém: Detekční systém, který se skládá ze skupiny senzorů, je reaktivní částí přístroje. Při kontaktu s těkavými sloučeninami v té době senzory reagují a způsobují změny elektrických charakteristik.

Výpočetní systém: Ve většině elektronických nosů je každý senzor specifickým způsobem citlivý na všechny molekuly. V bioelektrických nosech se však používají receptorové proteiny, které reagují na specifické molekuly pachu. Většina elektronických nosů používá pole senzorů, které reagují na těkavé sloučeniny. Kdykoli senzory cítí jakýkoli zápach, zaznamená se specifická odezva, která přenáší signál do digitální hodnoty.

Běžněji používané senzory v elektronickém nosu

Polovodič z oxidu kovu (MOSFET)

Vodivé polymery

Mikrováha z křemenného krystalu

Piezoelektrické snímače

Senzory oxidu kovu

Polovodičový senzor oxidu kovu:

To se používá pro přepínání nebo zesilování elektronické signály. Princip fungování MOSFET je ten, že molekuly vstupující do oblasti senzoru budou nabité kladně nebo záporně, což má přímý vliv na elektrické pole uvnitř MOSFET.

Senzory oxidu kovu: (MOS)

“typy izolátorů a vodičů ”

Tento senzor je založen na adsorpci molekul plynu k vyvolání změny vodivosti. Tato změna vodivosti je měřítkem množství adsorbovaných těkavých organických sloučenin.

Piezoelektrické snímače:

Adsorpce plynu na povrch polymeru vede ke změně hmotnosti na povrchu snímače. Toto je zase produkce změny rezonanční frekvence krystalu.

Mikrováha s křemenným krystalem:

Jedná se o způsob měření hmotnosti na jednotku plochy měřením změny frekvence krystalového rezonátoru. To lze uložit do databáze.

Vodivé polymery:

Senzory vodivých polymerních plynů fungují na základě změny elektrického odporu způsobené adsorpcí plynů na povrch senzoru.

Analýza dat pro elektronický nos:

Digitální výstup generovaný elektronickými nosními senzory musí být analyzován a interpretován, aby poskytl. Existují tři hlavní typy komerčně dostupných technik.

Grafická analýza
Vícerozměrná analýza dat
Síťová analýza

Analýza dat pro elektronický nos

Volba použité metody závisí na dostupných vstupních datech ze senzorů.

Nejjednodušší formou redukce dat je grafická analýza užitečná pro srovnání vzorků nebo porovnání pachových identifikačních prvků neznámých analytiků ve srovnání s prvky známých zdrojů v referenčních knihovnách.

“iv charakteristika přechodové diody pn ”

Vícerozměrná analýza dat generuje sadu technik pro analýzu dat, která jsou trénovanou nebo netrénovanou technikou. Netrénované techniky se používají, pokud nebyla dříve vytvořena databáze známých vzorků. Nejjednodušší a nejpoužívanější netrénovanou technikou MDA je analýza základních komponent. Elektronická analýza dat z nosu MDA je velmi užitečná, když senzory mají částečně pokrytí citlivosti na jednotlivé sloučeniny přítomné ve míchačce vzorků. PCA je nejužitečnější, pokud není k dispozici žádný známý vzorek.

Neuronová síť je nejznámější a nejodvozenější analytická technika využívaná ve statistických softwarových balíčcích pro komerčně dostupný elektronický nos.

Příklady elektronického nosního systému pro detekci ovocného pachu:

Elektronický systém nosu

Navrhovaný elektronický systém nosu byl testován na vůni tří druhů ovoce, konkrétně lémana, banánu a litchi. Vůně byly připraveny umístěním vzorku ovoce do jističů uzavřených víkem. 8051 byl uveden do testovacího nebo tréninkového režimu. Pokud je systém v tréninkovém režimu, hodnota senzoru se zobrazí na LCD. Pokud je systém v testovacím režimu, zobrazí se na LCD výsledek klasifikace cílového ovoce. Pole senzorů dostává plyn přes ventil 1, který je normálně uzavřený. Vakuová pumpa se zapne na 20 sekund, aby se čerpal plyn z pole senzorů.

Nastavení testování plynu pro navrhovaný systém E-Nose

Hodnota 1 byla uzavřena a odpor senzoru byl dán 60 sekund, aby se dosáhlo režimu stavu studie. Výsledek klasifikace charakteristických hodnot senzorů se objevil na LCD. Komora pole senzorů byla odpojena od rozbíječe vzorků ovoce a ventil 1 byl otevřen pro přivádění čerstvého vzduchu, ventil 2 byl otevřen tak, aby byly odčerpány pachy. Komora byla na dvě minuty větrána čerstvým vzduchem.

Aplikace elektronického nosu:

Lékařská diagnostika a monitorování zdraví
Monitorování životního prostředí
Aplikace v potravinářském průmyslu
Detekce výbušniny
Vesmírné aplikace (NASA)
Výzkum a vývoj
Laboratoře kontroly kvality
Procesní a výrobní oddělení
Detekce pachů drog
Detekce škodlivých bakterií

Doufám, že teď máte představu o tom, jak funguje elektronický nos. pokud máte nějaké dotazy k tomuto konceptu nebo k elektrickým a elektronický projekt prosím opusťte sekci komentářů níže.

Fotografický kredit: