[发明专利]一种用于VOC及恶臭类气体检测的电子鼻系统

说明书

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种用于VOC及恶臭类气体检测的电子鼻系统。

背景技术

大气污染是工业区污染的主要污染之一，其污染源主要是工业生产及采暖用锅炉、污水处理厂、垃圾场等挥发气体，其中VOC(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)是主要的大气污染物，是空气中三种有机污染物(多环芳烃、挥发性有机物和醛类化合物)中影响较为严重的一种。目前VOC的检测主要集中于室内环境的评价，多采用热解析/毛细管气相色谱法(ISO16017-1，GB50325-2006)以及在此基础上发展的GC/MS等方法。而基于光离子化检测技术(PID)的便携式VOC检测仪由于可以快速测定VOC大致浓度，也有较广泛的应用。仪器分析法一般分析费用较高，分析时间也比较长，不适于现场使用。PID检测技术需要昂贵的真空UV灯管和精密的检测室设计，通常UV灯管的寿命较短，性价比较低。

电子鼻是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测仪器，通常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的模式识别算法组成，可用于检测、分析和鉴别简单或复杂气味。从Persaud和Dodd的开创性工作至今，它以快速、简单、客观和廉价的特点，已经在食品加工、公共安全和医学诊断等诸多领域得到了广泛的应用。第一个真正的电子鼻是由Wilkens和Hatman在1964年利用气体分子在电极上的氧化-还原反应研制的，这是关于电子鼻的最早报道。1965年，Buck和Dravieks等分别利用气味调制电导和气味调制接触电势的原理研制了电子鼻。1982年，英国Warwick大学的Persuad等人提出气体传感器阵列的概念，他们的电子鼻系统包括气敏传感器阵列和模式识别系统两部分，其中传感器阵列部分由三个半导体传感器组成；这一简单的系统可以分辨桉树脑、玫瑰油、丁香牙油等挥发性化学物质的气味。

国内对电子鼻的研究起步较晚，但也取得骄人的成果；张红梅、王俊等人采用8个金属氧化物传感器(分别为：MQ-3、TGS822、MQ-7、TGS800、TGS824、TGS813、TGS880、TGS825)及相关信号调理电路和结合BP网络算法的PC软件组成的电子鼻系统，用于检测谷物霉变程度。吉林大学生物与农业工程学院的孙永海采用日本Figaro公司生产的TGS822、TGS825、TGS826、TGS832、TGS2611气敏传感器及其调理电路结合遗传算法优化的组合径向基函数神经网络构成的电子鼻系统，用于肉品品质的检测。

目前，为了改变传统传感器体积大、重量大、成本高的情况，全球的产业界正在积极推动传感器的小型化发展；在精密加工、微电子等技术的支撑下，传感器敏感元件的尺寸正在从微米级走向毫米级甚至纳米级。同时，集成技术的快速发展也助推了传感器的小型化趋势，将微小的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上的集成传感器技术正在不断演进，帮助传感器“一瘦再瘦”，为研究便携式的电子鼻系统奠定基础。

随着传感器技术的发展和微处理器的处理能力的增强，使得开发便携式的气体检测仪器变的越来越容易实现。J.Getino等人的基于一只锡氧化合物的VOC检测，采用的是主成分分析和人工神经网络算法，人工神经网络正确率达到71％；田秀英等人的基于PCA方法的带鱼和肉类新鲜度的电子鼻系统，采用半导体传感器阵列检测在5,10,15℃条件下，TVBN(挥发性盐基总氮)的含量，采用PCA算法对不同天数的鱼和肉进行了分类；Z.Haddi等人的大麻类药物识别的电子鼻系统，采用6个半导体传感器对5种药物进行分类，采用了非监督模型PCA和监督模型SVM(支持向量机)，SVM分类正确率为98.5％；西安理工大学的许燕文介绍了一种基于DSP TMS320C6713的便携式电子鼻系统，系统中使用个8个TGS系列半导体传感器，结合BP神经网络，能够实验对苹果新鲜度的判断；L.C.Wang等介绍了一种基于FPGA的便携式电子鼻系统，采用炭黑导电聚合物传感器和PCA算法，能实现对3种气体的区分。

但总体来讲，目前电子鼻检测技术仍存在以下不足：(1)体积较大，不便于携带到现场和移动测试；(2)采用的数据分类模型单一且不能达到很高的分类准确率；(3)传感器的种类单一，造成所获取的信息量单一不利于分析；(4)成本高。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种用于VOC及恶臭类气体检测的电子鼻系统，其具有多类传感器以及多个模型，能够很好地利用各种传感器收集的信息，提高气体识别的准确率。