Kuidas töötab elektrooniline nina?

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Sissejuhatus:

Elektrooniline nina on seade, mis tuvastab lõhna tõhusamalt kui inimese lõhn. Elektrooniline nina koosneb keemilise tuvastamise mehhanismist. Elektrooniline nina on intelligentne sensorseade, mis kasutab valikuliselt kattuvaid gaasiandureid koos mustri ümberkorraldamise komponendiga. Nüüd on elektroonilised ninad pakkunud väliseid eeliseid kaubandustööstuse, põllumajanduse, biomeditsiini, kosmeetika, keskkonna, toidu, vee ja mitmesuguste teadusuuringute valdkondades. Elektrooniline nina tuvastab ohtliku või mürgise gaasi, mis pole inimeste nuusutajatele võimalik.

Elektrooniline nina

Elektrooniline nina



Lõhnad koosnevad molekulidest, millel on kindel suurus ja kuju. Igal neist molekulidest on inimese ninas vastava suuruse ja kujuga retseptor. Kui konkreetne retseptor saab molekuli, saadab see aju signaali ja aju tuvastab konkreetse molekuliga seotud lõhna. Elektroonilised ninad töötavad inimese sarnasel viisil. Elektrooniline nina kasutab retseptoritena andureid. Kui konkreetne andur võtab molekulid vastu, edastab see signaali töötlemiseks mõeldud programmile, mitte ajule.


Elektrooniline nina tööpõhimõte:

Elektrooniline nina töötati välja selleks, et jäljendada inimese lõhna, mille funktsioonid pole eraldi mehhanismid, st lõhna või maitset tajutakse globaalse sõrmejäljena. Põhimõtteliselt koosneb seade andurite massiividest, mustrite ümberkorraldamise moodulitest ja pearuumi proovide võtmisest, et luua signaalimustrit, mida kasutatakse lõhnade iseloomustamiseks. Elektrooniline nina koosneb kolmest põhiosast, milleks on tuvastussüsteem, arvutisüsteem, proovide kohaletoimetamise süsteem.



Elektrooniline nina blokeeringu skeem

Elektrooniline nina blokeeringu skeem

Proovi kohaletoimetamise süsteem: Proovide kohaletoimetamise süsteem võimaldab luua proovist või lenduvatest ühenditest pearuumi, mis on analüüsitud murdosa. Seejärel saadab süsteem selle pearuumi elektroonilise nina tuvastussüsteemi.

Tuvastussüsteem: Sensorite rühmast koosnev tuvastussüsteem on instrumendi reaktiivne osa. Sel ajal kokkupuutel lenduvate ühenditega reageerivad andurid, põhjustades elektriliste omaduste muutusi.

Arvutussüsteem: Enamikus elektroonilistest ninadest on iga sensor tundlik kõigi molekulide suhtes nende erilisel viisil. Bioelektriliste ninade korral kasutatakse retseptori valke, mis reageerivad spetsiifilistele lõhnamolekulidele. Enamik elektroonilistest ninadest kasutavad andurite massiive, mis reageerivad lenduvatele ühenditele. Alati, kui andurid tajuvad mingit lõhna, salvestatakse konkreetne reaktsioon, mille kohaselt signaal edastatakse digitaalsesse väärtusesse.


Elektroonilises ninas sagedamini kasutatavad andurid

Metalloksiidi pooljuht (MOSFET)

Polümeeride juhtimine

Kvartskristalli mikrotasakaal

Piesoelektrilised andurid

Metallioksiidandurid

Metallioksiidi pooljuhtandur:

Seda kasutatakse ümberlülitamine või võimendamine elektroonilised signaalid. MOSFET-i tööpõhimõte on see, et sensori piirkonda sisenevad molekulid laetakse positiivselt või negatiivselt, millel on otsene mõju MOSFET-i elektriväljale.

Metallioksiidandurid: (MOS)

See andur põhineb gaasimolekulide adsorptsioonil, et tekitada juhtivuse muutusi. See juhtivuse muutus on adsorbeeritud lenduvate orgaaniliste ühendite hulga mõõt.

Piesoelektrilised andurid:

Gaasi adsorptsioon polümeeri pinnale viib sensori pinnal massi muutumiseni. See omakorda põhjustab muutusi kristalli resonantssageduses.

Kvartskristalli mikrotasakaal:

See on viis mõõta massi pindalaühiku kohta, mõõtes kristallresonaatori sageduse muutust. Seda saab salvestada andmebaasi.

Juhtivad polümeerid:

Juhtivad polümeergaasiandurid töötavad gaaside adsorptsiooni tõttu anduri pinnale põhjustatud elektritakistuse muutumise põhjal.

Elektroonilise nina andmete analüüs:

Elektrooniliste ninaandurite genereeritud digitaalväljundit tuleb selle saamiseks analüüsida ja tõlgendada. Kaupluses saadaolevaid tehnikaid on kolm peamist tüüpi.

  • Graafiline analüüs
  • Mitmemõõtmeline andmete analüüs
  • Võrgu analüüs
Andmete analüüs elektroonilise nina jaoks

Andmete analüüs elektroonilise nina jaoks

Kasutatava meetodi valik sõltub andurite saadaolevatest sisendandmetest.

Andmete vähendamise lihtsaim vorm on graafiline analüüs, mis on kasulik proovide võrdlemiseks või tundmatute analüütikute lõhnade tuvastamise elementide võrdlemiseks viiteraamatukogude teadaolevate allikate omadega.

Mitmemõõtmeliste andmete analüüs loob kogumi tehnikaid andmete analüüsimiseks, mis on koolitatud või koolitamata. Väljaõppeta tehnikaid kasutatakse juhul, kui teadaolevate proovide andmebaasi pole varem ehitatud. Lihtsaim ja enim kasutatav koolitamata MDA tehnika on põhimõtteline komponentanalüüs. Elektrooniline ninaandmete analüüs MDA on väga kasulik, kui andurid on osaliselt tundlikud proovisegistis leiduvate üksikute ühendite suhtes. PCA on kõige kasulikum, kui teadaolevat proovi pole saadaval.

Närvivõrk on tuntuim ja tuletatud analüüsimeetod, mida kasutatakse kaubanduslikult kättesaadavate elektrooniliste ninade statistilistes tarkvarapakettides.

Näidete elektrooniline ninasüsteem puuvilja lõhna tuvastamiseks:

Elektrooniline ninasüsteem

Elektrooniline ninasüsteem

Kavandatud elektroonilist ninasüsteemi katsetati kolme puuvilja, nimelt sidruni, banaani, litši lõhnadega. Lõhnad valmistati puuviljaproovi asetamisega katetega suletud purustitesse. 8051 oli seatud testimisrežiimile. Kui süsteem on treeningrežiimis, kuvatakse LCD-ekraanil anduri väärtus. Kui süsteem on testimisrežiimis, kuvatakse LCD-ekraanil sihtpuuvilja klassifitseerimise tulemus. Andurite massiiv saab gaasi läbi Valve1, mis on tavaliselt suletud. Gaasi pumpamiseks andurite massiivist lülitatakse vaakumpump 20 sekundiks sisse.

Kavandatud E-nina süsteemi gaasitesti seadistamine

Kavandatud E-nina süsteemi gaasitesti seadistamine

Väärtus1 suleti ja anduri takistus anti 60 sekundit, et jõuda uurimisolekurežiimi. Andurite omaduste klassifitseerimise tulemus ilmus vedelkristallekraanile. Andurite massiumikamber lahutati puuviljaproovi katkestajast ja klapp1 avati värske õhu pööramiseks, klapp 2 avati nii, et lõhnad pumbati välja. Kambrit õhutati värske õhuga kaks minutit.

Elektroonilise nina kasutamine:

  • Meditsiiniline diagnostika ja tervise jälgimine
  • Keskkonnaseire
  • Rakendus toiduainetööstuses
  • Lõhkeaine avastamine
  • Kosmoserakendused (NASA)
  • Teadus- ja arendustööstus
  • Kvaliteedikontrolli laborid
  • Protsessi- ja tootmisosakond
  • Uimastilõhnade tuvastamine
  • Kahjulike bakterite tuvastamine

Loodan, et nüüd on teil idee elektroonilise nina toimimise kohta. kui on küsimusi selle kontseptsiooni või elektri- ja elektrooniline projekt palun jätke allpool olev kommentaaride jaotis.

Foto krediit: