[发明专利]一种便携式电子鼻富集装置温度补偿方法

说明书

本发明涉及一种便携式电子鼻富集装置温度补偿方法，包括：搭建基于吸附解吸附原理的富集装置，解吸附的方法是加热；前期电子鼻数据的采集；建立电子鼻数据温度补偿模型：通过机器学习的方法建立富集装置温度补偿模型，进行回归模型训练，温度补偿模型共包括多个输入和输出数据，将富集前待测气体的电子鼻响应数据、富集后待测气体的电子鼻响应数据、富集装置高温空气和干扰气味产生的响应数据等作为温度补偿模型的输入；训练时，补偿模型的输出为经过水冷降温的富集后待测气体的电子鼻响应数据，并且保持输入输出数据来自同一袋实验气体；电子鼻检测：去除水冷降温模块，采集富集后电子鼻检测数据，实现富集后电子鼻检测数据的温度补偿。

技术领域

本发明涉及一种便携式电子鼻富集装置的气体温度补偿方法。

背景技术

电子鼻是一种人工嗅觉系统，待测气体进入电子鼻气室之后，通过对传感器阵列响应进行分析从而实现识别功能。电子鼻的应用范围主要集中在农林业、食品、酒类、茶类等，目前电子鼻逐渐用于环境中挥发性有机物(volatileorganiccompounds,VOCs)或皮革挥发气体的检测，VOCs气体虽然味道比较刺鼻，但是其浓度非常低(体积浓度在ppb量级，ppb:partsperbillion)。电子鼻使用的气体传感器大多数为金属氧化物半导体(MOS)型气体传感器，检测精度为ppm(partspermillion)量级，所以电子鼻难以检测到ppb量级的VOCs气体。富集系统是一种将待测气体中某些物质的浓度提高一定倍数的系统，使用电子鼻检测低浓度VOCs气体，需要配合富集装置运行。富集装置将待测气体的浓度提升，再通过电子鼻进行检测分析。为了增强电子鼻的检测能力，还必须对富集装置进行更深入的探索。

目前，富集装置大多基于吸附解吸附原理。通过改变吸附剂的环境条件可以改变吸附剂的吸附性能，比如改变温度和压力能改变吸附剂的吸附平衡，对吸附剂施加超声波也会使吸附剂产生性质变化。在解吸附方面，加压的方法对气路耐压性要求高，且成本也会提升，不适合便携式设备使用；超声波解吸附的方法稳定性较差，容易受外部环境干扰，且远远达不到加热法的解吸附效果。目前绝大多数的富集装置都是采用加热解吸附的方法，因为加热的方法具有速度较快、稳定性高、对装置性能的要求较低等优点。但是，为了保证富集效果，解吸附出来的物质需要快速通入到电子鼻气室中，因此吸附剂加热解吸附方法会使富集后的气体温度过高。虽然在使用大型分析仪器时不会产生影响，但是在使用电子鼻检测时，因为MOS型气体传感器的响应受温度影响较大，高温气体会造成电子鼻传感器阵列响应信号大幅度提升，因此必须对富集后气体进行温度处理。对于便携式电子鼻以及便携式富集装置来说，进行硬件降温的方法会造成装置体积增大，便携性下降，因此通过温度补偿算法处理富集后高温气体的电子鼻检测信号是非常必要的。

Janssen等(Janssen S,Tessmann T,Lang W.High sensitive and selectiveethylene measurement by using a large-capacity-on-chip preconcentrator device[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2014,197:405-413.)设计制作了基于微机电系统(MEMS)技术的微型预浓缩装置，该装置基于吸附剂加热解吸附技术，并使用小型气相色谱仪能够检测出170 ppbv(parts per billion by volume)的乙烯浓度。该方案实现了微型富集装置的功能，但是基于MEMS技术的富集装置只能配合气相色谱等分析仪器使用，难以应用到电子鼻上。

方晶晶等(方晶晶,何艳兰,许林军,et al.舰艇舱室封闭环境中挥发性化合物分析[J].舰船科学技术,2013,35(6):90-95.)使用美国Entech公司的7100A型VOCs预浓缩仪配合气相色谱的方法实现了舰艇舱室密闭环境中挥发性有机物的检测，该仪器具有三级冷阱，在硬件上能够对富集后的气体降温，降低高温的影响。但是该仪器体积很大，无法实现便携使用，而且没有将该仪器用在电子鼻装置上。