Wprowadzenie:

Nos elektroniczny to urządzenie, które wykrywa zapach skuteczniej niż ludzki zmysł powonienia. Nos elektroniczny składa się z mechanizmu wykrywania substancji chemicznych. Nos elektroniczny to inteligentne urządzenie wykrywające, które wykorzystuje szereg czujników gazu, które nakładają się selektywnie wraz z elementem reorganizacji wzoru. Obecnie nosy elektroniczne przyniosły zewnętrzne korzyści wielu branżom komercyjnym, rolnictwu, biomedycyny, kosmetyce, środowisku, żywności, wodzie i różnym dziedzinom badań naukowych. Elektroniczny nos wykrywa niebezpieczny lub trujący gaz, który nie jest dostępny dla ludzi wąchających.

Elektroniczny nos

Zapachy składają się z cząsteczek o określonej wielkości i kształcie. Każda z tych cząsteczek ma w ludzkim nosie receptor o odpowiedniej wielkości i kształcie. Kiedy określony receptor otrzymuje cząsteczkę, wysyła sygnał do mózgu, a mózg identyfikuje zapach związany z daną cząsteczką. Elektroniczne nosy działają na podobnej zasadzie jak u człowieka. Elektroniczny nos wykorzystuje czujniki jako receptor. Kiedy określony czujnik odbiera cząsteczki, przekazuje sygnał do programu w celu przetworzenia, a nie do mózgu.

Zasada działania elektronicznego nosa:

Elektroniczny nos został opracowany w celu naśladowania ludzkiego węchu, którego funkcje nie są odrębnym mechanizmem, tj. Zapach lub smak jest postrzegany jako globalny odcisk palca. Zasadniczo instrument składa się z matrycy czujników, modułów reorganizacji wzorców i próbkowania fazy nadpowierzchniowej w celu wygenerowania wzorca sygnału, który jest używany do charakteryzowania zapachów. Nos elektroniczny składa się z trzech głównych części, które obejmują system wykrywania, system komputerowy i system dostarczania próbek.

Schemat blokowy elektronicznego nosa

System dostarczania próbek: System dostarczania próbki umożliwia generowanie wolnej przestrzeni nad próbką lub lotnymi związkami, które są analizowaną frakcją. Następnie system przesyła tę przestrzeń nad głową do systemu wykrywania elektronicznego nosa.

System wykrywania: System detekcji składający się z grupy czujników jest reaktywną częścią przyrządu. W kontakcie z lotnymi związkami w tym czasie czujniki reagują, powodując zmiany w charakterystyce elektrycznej.

System komputerowy: W większości nosów elektronicznych każdy czujnik jest czuły na wszystkie cząsteczki w określony sposób. Jednak w nosach bioelektrycznych wykorzystuje się białka receptorowe, które reagują na określone cząsteczki zapachowe. Większość nosów elektronicznych wykorzystuje matryce czujników, które reagują na lotne związki. Za każdym razem, gdy czujniki wyczuwają jakikolwiek zapach, rejestrowana jest specyficzna odpowiedź, która jest przesyłana do wartości cyfrowej.

Częściej używane czujniki w nosie elektronicznym

Półprzewodnik z tlenku metalu (MOSFET)

Przewodzące polimery

Mikrowaga z kryształem kwarcu

Czujniki piezoelektryczne

Czujniki tlenku metalu

Czujnik półprzewodnikowy z tlenku metalu:

To jest używane do przełączanie lub wzmacnianie sygnały elektroniczne. Zasada działania MOSFET polega na tym, że cząsteczki wchodzące do obszaru czujnika będą ładowane dodatnio lub ujemnie, co ma bezpośredni wpływ na pole elektryczne wewnątrz MOSFET.

Czujniki tlenku metalu: (MOS)

“co to jest debugowanie w testowaniu oprogramowania? ”

Ten czujnik opiera się na adsorpcji cząsteczek gazu w celu wywołania zmiany przewodnictwa. Ta zmiana przewodnictwa jest miarą ilości zaadsorbowanych lotnych związków organicznych.

Czujniki piezoelektryczne:

Adsorpcja gazu na powierzchni polimeru prowadzi do zmiany masy na powierzchni czujnika. To z kolei powoduje zmianę częstotliwości rezonansowej kryształu.

Mikrowaga z kryształem kwarcu:

Jest to sposób pomiaru masy na jednostkę powierzchni poprzez pomiar zmiany częstotliwości rezonatora kwarcowego. Może to być przechowywane w bazie danych.

Polimery przewodzące:

Przewodzące polimerowe czujniki gazu działają w oparciu o zmienioną rezystancję elektryczną spowodowaną adsorpcją gazów na powierzchni czujnika.

Analiza danych dla elektronicznego nosa:

Cyfrowe dane wyjściowe generowane przez elektroniczne czujniki nosa muszą zostać przeanalizowane i zinterpretowane w celu zapewnienia. Istnieją trzy główne typy technik dostępnych na rynku.

Analiza graficzna
Wielowymiarowa analiza danych
Analiza sieci

Analiza danych dla nosa elektronicznego

Wybór zastosowanej metody zależy od dostępnych danych wejściowych z czujników.

Najprostszą formą redukcji danych jest analiza graficzna przydatna do porównywania próbek lub porównywania elementów identyfikujących zapachy nieznanych analityków z tymi ze znanych źródeł w bibliotekach referencyjnych.

“co to jest silnik krokowy? ”

Wielowymiarowa analiza danych generuje zestaw technik analizy danych, które są przeszkolone lub nie są wyszkolone. Techniki niewytrenowane są stosowane, gdy baza danych znanych próbek nie została wcześniej zbudowana. Najprostszą i najczęściej stosowaną nieprzeszkoloną techniką MDA jest analiza podstawowych komponentów. Elektroniczna analiza danych nosa MDA jest bardzo przydatna, gdy czujniki mają częściowe pokrycie czułości na poszczególne związki obecne w mieszalniku próbek. PCA jest najbardziej przydatna, gdy nie jest dostępna żadna znana próbka.

Sieć neuronowa jest najbardziej znaną i najbardziej pochodną techniką analizy wykorzystywaną w pakietach oprogramowania statystycznego dla komercyjnie dostępnego elektronicznego nosa.

Na przykład elektroniczny system nosa do wykrywania zapachu owoców:

Elektroniczny system nosa

Proponowany system elektronicznego nosa został przetestowany z zapachami trzech owoców, a mianowicie lemana, banana, liczi. Zapachy zostały przygotowane poprzez umieszczenie próbki owoców w zamkniętych pokrywką przerywaczach. 8051 został ustawiony na tryb testowy lub treningowy. Jeśli system jest w trybie treningu, wartość czujnika jest wyświetlana na wyświetlaczu LCD. Jeśli system jest w trybie testowym, wynik klasyfikacji docelowego owocu jest wyświetlany na LCD. Tablica czujników pobiera gaz przez Valve1, który jest normalnie zamknięty. Pompa próżniowa jest włączana na 20 sekund w celu wypompowania gazu z układu czujników.

Konfiguracja testowania gazów dla proponowanego systemu E-Nose

Wartość 1 została zamknięta, a rezystancja czujnika miała 60 sekund, aby osiągnąć tryb stanu badania. Na wyświetlaczu LCD pojawił się wynik klasyfikacji wartości charakterystycznych czujników. Komorę układu czujników odłączono od przerywacza próbek owoców i otwarto zawór 1 w celu doprowadzenia świeżego powietrza, zawór 2 został otwarty, aby wypompować zapachy. Komorę wietrzono świeżym powietrzem przez dwie minuty.

Zastosowanie elektronicznego nosa:

Diagnostyka medyczna i monitorowanie zdrowia
Monitoring środowiska
Zastosowanie w przemyśle spożywczym
Wykrywanie materiałów wybuchowych
Aplikacje kosmiczne (NASA)
Branże badawczo-rozwojowe
Laboratoria kontroli jakości
Dział procesu i produkcji
Wykrywanie zapachów narkotyków
Wykrywanie szkodliwych bakterii

Mam nadzieję, że masz teraz pojęcie o tym, jak działa elektroniczny nos. jeśli masz pytania dotyczące tej koncepcji lub elektrycznych i projekt elektroniczny proszę zostawić sekcję komentarzy poniżej.

Kredyt zdjęciowy: