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1、电子鼻技术的发展及展望11电子鼻技术的发展及展望RecentDevelopmentsandApplicationProspectsofElectronicNoses唐向阳张勇丁锐汤鹏(云南昆船设计研究院,昆明650051)摘要:文章介绍了电子鼻的定义、系统组成和工作原理,重点阐述了气敏传感器、信号与处理、模式识别等关键技术的发展现状;详细介绍了它在食品工业、精细化工、医疗诊断、环境监测、公安与海关、火星生命探索等方面的应用实例;最后展望了其未来发展趋势。关键词:电子鼻模式识别气敏传感器Abstract:Theconceptandconfigurationandwor
2、kingprinciplesofelectronicnosesarefirstlyintroduced.Then,somekeytechniquesthatrelatetoelectroinicnosesareexpatiatedatlength,suchasodorsensorarray,signalpre-processingmethods,modeidentification,andsoon.Theexamplesofapplicationonfoodindustry,finechemicalindustry,medicinediagnosis,environ
3、mentinspection,customsinspectionandMarsexplorationarepresentedalso.Thefuturedevelopmenttrendsofelectronicnosesareevaluatedatlast.Keywords:electronicnosesmodeidentificationodorsensor0引言合、计算机、应用数学以及各具体应用领域的科学与技电子鼻也称人工嗅觉系统,是模仿生物鼻的一种术,具有重要的理论意义和良好的应用前景。电子系统,主要用来分析、识别和检测复杂嗅味和大多1电子鼻的概念及系统组成数
4、挥发性化学成分。1982年英国学者Persuad和DoddJ.W.Gardner给电子鼻下的定义是:/电子鼻是由用3个商品化的SnO2气体传感器模拟哺乳动物嗅觉一种有选择性的电化学传感器阵列和适当的识别装置[1]系统中的多个嗅感受器细胞对戊基醋酸酯、乙醇、乙组成的仪器,能识别简单和复杂的气味。0[2~3]醚、戊酸、柠檬油、异茉莉酮等有机挥发气体进行类别电子鼻是模拟生物鼻的工作原理进行工作分析,开了电子鼻研究之先河。的。它的工作过程可简单地归纳为:传感器阵列→预电子鼻技术是探索如何模仿生物嗅觉功能的一门处理电路→神经网络和各种算法→计算机识别。电子学问。随着社会的发展
5、,嗅觉在食品、化妆品、香精香鼻一般由气敏传感器阵列、信号预处理单元和模式识料香气质量评定与生产过程控制、环境污染监测、战争别单元等三大部分组成,如图1所示。毒气检测、能源、化工、交通、医疗等方面的重要性与日气敏传感器阵列用来感应气体中的化学成分,产俱增。因此,许多发达国家已把生物嗅觉机制及其功生可以用来测量的物理量的变化。它是由多个单独的能的模仿)))电子鼻研究列入优先发展的课题。电子传感器组成,具有交叉灵敏度高、响应频带宽等特点。鼻技术的研究涉及材料、精密制造工艺、多传感器融正确地选择传感器的种类和材料对于整个电子鼻系统作者简介:唐向阳1967年生,工学博士,高级
6、工程师。主要从事机电一体化、机器视觉及人工智能方面的研究。12机电一体化Mechatronics2006年第4期图1电子鼻系统的组成框图的性能有着很大的影响。作材料亦发生了改变,其中与被测气体相接触的活性信号预处理单元对传感器阵列的响应模式进行预材料除SnO2外,还采用ZnO2、WO3、TiO3等,衬底材料加工,完成滤波、交换和特征提取,其中最重要的就是则采用硅、玻璃和塑料。改进后的传感器具有选择性对信号的特征提取。如在气味/气体的定性辨识中,采高、稳定性好、能耗小、寿命长、耐腐蚀性强等优点。但用归一化算法可在一定程度上消除浓度对传感器输出是,该类传感器还具有所需工
7、作温度较高,长时间工作[4]响应的影响。后响应基准值易发生漂移,对气体混合物中的硫化物模式识别单元相当于动物和人类的神经中枢,把呈/中毒0反应等缺点。然而这类传感器具有很宽的适提取的特征参数进行模式识别,运用一定的算法完成用范围和较低的成本,因此它依然是目前应用最广泛气味/气体的定性定量辨识。的气敏传感器。2相关技术发展现状2.1.2导电高分子传感器及其阵列(CP)2.1气敏传感器此类传感器的活性材料一般是噻吩、吲哚、呋喃等气敏传感器是电子鼻感知气味的基本元件,其特成分构成的导电聚合物。它与带气味的物质反应后,点是具有单一选择性。一般而言,单个传感器在检测活性材
