通用電子鼻系統及其檢測方法技術方案

本發明專利技術提供了一種可應用于環境監測、醫療診斷、食品檢測、質量控制等領域的通用電子鼻系統及其檢測方法，包括進樣單元、檢測單元以及上位機控制單元，檢測單元包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊，該系統將傳感器陣列技術與離子遷移譜技術相結合，可選擇單獨由傳感器陣列檢測模塊或離子遷移譜檢測模塊進行檢測，此時的系統檢測結果由相應檢測模塊單獨給出，也可以由傳感器陣列檢測模塊與離子遷移譜檢測模塊共同檢測，此時的系統的檢測結果由傳感器陣列檢測模塊的檢測結果與離子遷移譜檢測模塊的檢測結果聯合得出，聯合檢測大大提高了傳統電子鼻系統的檢測準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電子鼻
，具體涉及一種可應用于環境監測、醫療診斷、食品檢測、質量控制等領域的通用電子鼻系統及其檢測方法。
技術介紹
氣味信息是物體的自然屬性之一，很大程度上表征了物體的某一特性。通過檢測不同物質的氣味信息，可以實現對物體定性和定量的分析。電子鼻是一種模擬人類嗅覺系統構建成的快速的氣味采集、分析系統。長期以來，氣味信息的評價手段主要分為專家感官評測和化學評測。專家感官評測主觀性強，存在個體差異大、標準不統一、重復性較差等多個不足；化學評測方法一般要求具備一定專業知識的技術人員操作，樣品制備以及檢測過程比較復雜、周期較長，并且檢測成本高，難以進行深入的推廣。相比于傳統的方法，電子鼻具有快速、便捷、自動化等多個優勢，是一種有效的氣味檢測手段。高場強非對稱波形離子遷移譜(FAIMS)技術是一種典型的基于離子遷移譜技術發展而來的廣譜離子分離技術,該技術利用被測物質的離子遷移率在高低場強下存在差異，實現物質的分離與檢測，它具有響應速度快、分辨率高、可應用范圍廣、易于微型化等優點，在環境污染物、爆炸物、代謝物質檢測等領域有著廣闊的應用前景。
技術實現思路
本申請通過提供一種可應用于環境監測、醫療診斷、食品檢測、質量控制等領域的通用電子鼻系統及其檢測方法，將傳感器陣列技術與離子遷移譜技術相結合，可選擇單獨由傳感器陣列檢測模塊或離子遷移譜檢測模塊進行檢測，此時的檢測結果由相應檢測模塊單獨給出，也可以選擇由傳感器陣列檢測模塊與離子遷移譜檢測模塊共同進行檢測，此時電子鼻系統的檢測結果由傳感器陣列檢測模塊的檢測結果與離子遷移譜檢測模塊的檢測結果聯合得出，大大提高了傳統電子鼻系統的檢測準確性。本申請采用以下技術方案予以實現：一種通用電子鼻系統，包括進樣單元、檢測單元以及上位機控制單元，其中，所述檢測單元包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊，所述進樣單元包括零級空氣發生器、第一質量流量控制器、第二質量流量控制器、第三質量流量控制器以及樣品室，所述零級空氣發生器出氣口的氣流一方面經第一質量流量控制器流入樣品室，另一方面經第三質量流量控制器流入所述離子遷移譜檢測模塊，從所述樣品室流出的氣流一方面與流過第三質量流量控制器的氣流混合后流入所述離子遷移譜檢測模塊，另一方面通過第二質量流量控制器流入所述傳感器陣列檢測模塊，所述傳感器陣列檢測模塊用于將氣味信息轉換為電信號，所述離子遷移譜檢測模塊用于對待測物進行分離與檢測，所述傳感器陣列檢測模塊輸出的信號和/或所述離子遷移譜檢測模塊輸出的信號傳輸至所述上位機控制單元，所述上位機控制單元用于將接收到的數據進行特征提取及分析,并輸出氣味的定性分析結果或定量分析結果。所述質量流量控制器用以實現流量的精確控制。所述上位機控制單元完成對所述質量流量控制器的流量設定并進行實時流量的讀取，以確保相應的氣路中流量的穩定。進一步地，所述傳感器陣列檢測模塊包括傳感器陣列、傳感器氣室、調理電路板、數據采集卡以及單片機，所述傳感器陣列的模擬輸出信號經過所述調理電路板后，進入所述數據采集卡轉換為數字信號傳輸至所述上位機控制單元，所述傳感器陣列的數字輸出信號經所述單片機傳輸至所述上位機控制單元，所述離子遷移譜檢測模塊包括基于離子遷移譜技術的檢測器、加熱管、加熱控制箱以及過濾器，所述加熱控制箱用以將所述加熱管的溫度調節至設定值，所述加熱管、過濾器、離子遷移譜檢測器依次相連，所述離子遷移譜檢測器將檢測的結果傳輸至所述上位機控制單元。進一步地，所述傳感器氣室包括一個氣室體、兩個氣室蓋以及至少一個隔板，在所述氣室體的側面按照所述傳感器陣列中對應傳感器感應面的尺寸切割出相應大小的孔，傳感器鑲嵌固定在氣室體側面的孔上，使得傳感器的感應面朝向所述氣室體內部，傳感器的引腳朝向所述氣室體外部，所述隔板與所述氣室蓋平行放置安裝，所述隔板上設置了若干個過氣孔，使得進入所述氣室體的氣流均勻流過傳感器的感應面，所述氣室蓋通過氣體接頭連接外部的進氣管和出氣管。為保證傳感器氣室的密封性且不影響傳感器正常檢測，傳感器氣室采用無味密封膠對傳感器與氣室體之間的縫隙進行密封。進一步地，所述通用電子鼻系統還包括電磁閥驅動板、第一三通閥、第二三通閥、第三三通閥以及第四三通閥，其中，所述第一三通閥的第一通道連接所述零級空氣發生器的出氣口，所述第一三通閥的第二通道通過第一單通電磁閥連接所述第一質量流量控制器，所述第一三通閥的第三通道通過第二單通電磁閥連接所述第三質量流量控制器，所述第二三通閥的第一通道連接所述樣品室的出氣口，所述第二三通閥的第二通道通過第三單通電磁閥連接第二質量流量控制器，所述第二三通閥的第三通道連接所述第三三通閥的第一通道，所述第三三通閥的第二通道連接所述第三質量流量控制器，所述第三三通閥的第三通道連接所述加熱管，所述第四三通閥的第一通道連接所述傳感器氣室的出氣口，所述第四三通閥的第二通道連接所述離子遷移譜檢測器的出氣口，所述第四三通閥的第三通道連接外界，所述上位機控制單元通過所述電磁閥驅動板控制第一單通電磁閥、第二單通電磁閥、第三單通電磁閥以及第四單通電磁閥的開閉。該電子鼻系統以零級空氣發生器為氣源，上位機控制單元通過電磁閥驅動板控制單通電磁閥的通斷來實現對相應位置氣流通斷的控制，可以實現傳感器陣列檢測模塊與離子遷移譜檢測模塊同時工作或者單獨工作。可以根據不同的檢測目標來選配合適的傳感器類型和數量來組成所述傳感器陣列，所述傳感器陣列包括金屬氧化物半導體傳感器、電化學傳感器、聲表面波氣體傳感器、光離子化氣體傳感器、數字式傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器或固體電解質氣體傳感器中的一種或多種組合。模擬輸出式的氣體傳感器通過調理電路進行信號轉換、濾波處理之后，經由連接線傳遞到數據采集卡，在數據采集卡中完成模擬信號到數字信號的變換，然后經由USB接口發送到上位機控制單元進行曲線顯示和數據分析；數字信號傳感器通過I2C接口或其它接口方式與單片機連接，然后經由USB接口傳至上位機控制單元。一種通用電子鼻系統的檢測方法，包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊同時工作、傳感器陣列檢測模塊單獨工作及離子遷移譜檢測模塊單獨工作三種工作模式，其中：(1)傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊同時工作的檢測方法具體包括如下步驟：A1：所述通用電子鼻系統上電并進行預熱；按需求設定各質量流量控制器的流量值，通過所述加熱控制箱調節所述加熱管的溫度至要求值，所述樣品室中不放樣品，通過電磁閥驅動板打開全部的單通電磁閥，開啟所述零級空氣發生器，根據所述上位機控制單元設定的時間進行預熱；A2：檢測待測物：A21基線數據采集：按需求設定各質量流量控制器的流量值，通過所述加熱控制箱調節所述加熱管溫度至要求值，所述樣品室中不放樣品，通過電磁閥驅動板打開全部的單通電磁閥，開啟所述零級空氣發生器，根據所述上位機控制單元設定的時間進行基線數據采集；A22待測物數據采集：打開所述樣品室的蓋子，將待測樣品放入所述樣品室，旋緊所述樣品室的蓋子，各質量流量控制器流量值保持不變，各單通電磁閥的狀態保持不變，加熱管溫度保持不變，運行所述通用電子鼻系統，根據所述上位機控制單元設定的時間進行待測物數據采集；A3：系統清洗：打開所述樣品室的蓋子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種通用電子鼻系統，其特征在于，包括進樣單元、檢測單元以及上位機控制單元，其中，所述檢測單元包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊，所述進樣單元包括零級空氣發生器、第一質量流量控制器、第二質量流量控制器、第三質量流量控制器以及樣品室，所述零級空氣發生器出氣口的氣流一方面經第一質量流量控制器流入樣品室，另一方面經第三質量流量控制器流入所述離子遷移譜檢測模塊，從所述樣品室流出的氣流一方面與流過第三質量流量控制器的氣流混合后流入所述離子遷移譜檢測模塊，另一方面通過第二質量流量控制器流入所述傳感器陣列檢測模塊，所述傳感器陣列檢測模塊用于將氣味信息轉換為電信號，所述離子遷移譜檢測模塊用于對待測物進行分離與檢測，所述傳感器陣列檢測模塊輸出的信號和/或所述離子遷移譜檢測模塊輸出的信號傳輸至所述上位機控制單元，所述上位機控制單元用于將接收到的數據進行特征提取及分析,并輸出氣味的定性分析結果或定量分析結果。

【技術特征摘要】
1.一種通用電子鼻系統，其特征在于，包括進樣單元、檢測單元以及上位機控制單元，其中，所述檢測單元包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊，所述進樣單元包括零級空氣發生器、第一質量流量控制器、第二質量流量控制器、第三質量流量控制器以及樣品室，所述零級空氣發生器出氣口的氣流一方面經第一質量流量控制器流入樣品室，另一方面經第三質量流量控制器流入所述離子遷移譜檢測模塊，從所述樣品室流出的氣流一方面與流過第三質量流量控制器的氣流混合后流入所述離子遷移譜檢測模塊，另一方面通過第二質量流量控制器流入所述傳感器陣列檢測模塊，所述傳感器陣列檢測模塊用于將氣味信息轉換為電信號，所述離子遷移譜檢測模塊用于對待測物進行分離與檢測，所述傳感器陣列檢測模塊輸出的信號和/或所述離子遷移譜檢測模塊輸出的信號傳輸至所述上位機控制單元，所述上位機控制單元用于將接收到的數據進行特征提取及分析,并輸出氣味的定性分析結果或定量分析結果。2.根據權利要求1所述的通用電子鼻系統，其特征在于，所述傳感器陣列檢測模塊包括傳感器陣列、傳感器氣室、調理電路板、數據采集卡以及單片機，所述傳感器陣列的模擬輸出信號經過所述調理電路板后，進入所述數據采集卡轉換為數字信號傳輸至所述上位機控制單元，所述傳感器陣列的數字輸出信號經所述單片機傳輸至所述上位機控制單元，所述離子遷移譜檢測模塊包括基于離子遷移譜技術的檢測器、加熱管、加熱控制箱以及過濾器，所述加熱控制箱用于將所述加熱管的溫度調節至設定值，所述加熱管、過濾器、基于離子遷移譜技術的檢測器依次相連，所述基于離子遷移譜技術的檢測器將檢測的結果傳輸至所述上位機控制單元。3.根據權利要求2所述的通用電子鼻系統，其特征在于，所述傳感器氣室為全特氟龍材質，包括一個氣室體、兩個氣室蓋以及至少一個隔板，在所述氣室體的側面按照所述傳感器陣列中對應傳感器感應面的尺寸切割出相應大小的孔，傳感器鑲嵌固定在氣室體側面的孔上，使得傳感器的感應面朝向所述氣室體內部，傳感器的引腳朝向所述氣室體外部，所述隔板與所述氣室蓋平行安裝放置，所述隔板上設置了若干個過氣孔，使得進入所述氣室體的氣流均勻流過傳感器的感應面，所述氣室蓋通過氣體接頭連接外部的進氣管和出氣管。4.根據權利要求2所述的通用電子鼻系統，其特征在于，所述通用電子鼻系統還包括電磁閥驅動板、第一三通閥、第二三通閥、第三三通閥以及第四三通閥，其中，所述第一三通閥的第一通道連接所述零級空氣發生器的出氣口，所述第一三通閥的第二通道通過第一單通電磁閥連接所述第一質量流量控制器，所述第一三通閥的第三通道通過第二單通電磁閥連接所述第三質量流量控制器，所述第二三通閥的第一通道連接所述樣品室的出氣口，所述第二三通閥的第二通道通過第三單通電磁閥連接第二質量流量控制器，所述第二三通閥的第三通道連接所述第三三通閥的第一通道，所述第三三通閥的第二通道連接所述第三質量流量控制器，所述第三三通閥的第三通道連接所述加熱管，所述第四三通閥的第一通道連接所述傳感器氣室的出氣口，所述第四三通電磁閥的第二通道連接所述基于離子遷移譜技術的檢測器的出氣口，所述第四三通閥的第三通道連接外界，所述上位機控制單元通過所述電磁閥驅動板控制第一單通電磁閥、第二單通電磁閥、第三單通電磁閥以及第四單通電磁閥的開閉。5.根據權利要求1所述的通用電子鼻系統，其特征在于，所述傳感器陣列包括金屬氧化物半導體傳感器、電化學傳感器、聲表面波氣體傳感器、光離子化氣體傳感器、數字式傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器或固體電解質氣體傳感器中的一種或多種組合。6.如權利要求1所述的通用電子鼻系統的檢測方法，其特征在于，包括傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊同時工作、傳感器陣列檢測模塊單獨工作及離子遷移譜檢測模塊單獨工作三種工作模式，其中：(1)傳感器陣列檢測模塊和離子遷移譜檢測模塊同時工作的檢測方法具體包括如下步驟：A1：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田逢春，孫皓，甘平，張磊，呂博，梁志芳，孫彤，劉濤，于彬，劉香敏，張龍龍，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;50