电子鼻仪器关键技术优化及其对空气异味感官强度评价的探索研究

发布时间：2020-05-08 05:08

【摘要】：电子鼻是一种模拟人嗅觉感官评价的智能感官仪器,其具有操作简单、检测分析快、灵敏度高、可实时监控等优点,已在食品原材料、生产加工以及储运过程控制、食品掺假、食品品质评价、生物医疗、农林业、制造业等领域有诸多应用。本课题以电子鼻关键技术的优化为主要目标,分别从电子鼻信号偏移校正和基于色谱柱分离的电子鼻优化两方面进行优化研究,同时探索了电子鼻在空气异味感官强度评价方面的应用方法。本文从以下三个方面进行探索:(1)电子鼻原始信号偏移校正方法研究。针对实际研究应用中,电子鼻因为长时间使用而发生信号偏移问题,以构建标准校正曲线的方法来对电子鼻采集数据进行校准。选取五种电子鼻传感器相对敏感的典型气体为检测对象,然后通过不同的特征值提取方式对检测结果进行优化,分析并得到对待测物质响应良好的传感器并建立其标准校正曲线;再通过该校正曲线对不同时间采集的样品数据进行校正;最后通过分析校正后数据的稳定性和一致性对校正曲线的实用性评价,实现对电子鼻数据漂移的校正。实验结果显示:对实验数据采用电阻值变换的方法预处理后,大部分传感器的响应信号值与标准气体的浓度存在良好且稳定的线性关系,且结果稳定性较好,因此选择电阻值变换作为特征值提取方式。通过校正曲线,对实验数据进行校准后发现:大部分传感器数据的变异系数由20%以上降低至5%以下,这说明样品数据在经过校正曲线的校准后,稳定性得到了很大的提升。(2)基于色谱柱分离的电子鼻研究。设计了基于色谱柱分离技术与电子鼻传感器阵列相结合的优化检测系统,并应用该方法对牛奶及奶制品的挥发性成分进行检测,最终采用主成分分析算法和支持向量机算法对对检测结果进行分析。通过在电子鼻载气系统中加入不同类型的色谱填充柱,对6种不同的牛奶及奶制品样品进行检测,分析检测结果得到适用于牛奶及奶制品样品检测的色谱填充柱类型;再应用优化后的电子鼻采集6种牛奶及奶制品样品的数据,结合支持向量机算法来建立对不同奶制品的识别模型;通过该模型可以实现对未知牛奶样品的识别与分类,为牛奶及奶制品的快速检测和人工智能感官方法奠定基础。实验结果显示:通过在电子鼻载气系统中加入色谱填充柱后,相对于不添加填充柱的电子鼻的区分能力有较大改善,并且加入非极性填充柱对牛奶及奶制品样品的区分效果最佳;通过建立的牛奶及奶制品样品的训练集模型,对未知牛奶样品识别的准确率达到了 90%以上。(3)电子鼻空气异味感官强度评价方法探索。根据标准嗅辨员的筛选方法建立感官嗅辨小组,根据合理的异味强度等级评定标准,对氨气、二硫化碳、硫化氢、甲硫醇和三甲胺等五种异味气体进行感官测评;通过分析感官测评结果,得到五种异味气体的异味浓度、异味强度及气体浓度相互之间关系,以构建气体浓度与异味强度的相关性模型;在感官评定结果的基础上,利用电子鼻对五种异味气体各等级强度所对应浓度的样品进行检测,构建电子鼻的响应信号值与气体浓度的相关性模型;最后结合感官测评的结果,得到电子鼻的响应信号值与异味气体的等级强度的模型关系,并利用该模型对异味环境气体进行检测分析。实验结果显示,电子鼻能够对空气异味感官评价给出准确评价。
【图文】：

变化情况图,变化情况,传感器,气敏传感器

逦浙江工商大学学位论文逦逡逑１．２．１．２气敏传感器阵列系统逡逑传感器阵列系统作为电子鼻的检测器，类似于人的嗅觉细胞，待测样品的气逡逑味分子经过气敏传感器表面时，，气敏传感器的电学特性发生变化，从而导致气敏逡逑传感器表面的电阻变化，并且转变成计算机可以识别和分析的数字信号，这些信逡逑号再经过特征值处理等一些复杂的模式识别算法进行处理分析，最后得到待测气逡逑体的特征的响应信号值。逡逑

电子鼻,响应信号,基线,差分法

准确性［７２］。逡逑传感器响应基线处理的目的是实现漂移补偿，可以增强信号对比，降低基线逡逑对信号的影响。图２－１是电子鼻系统中传感器的动态响应，显示的是待测样逡逑品从未进入传感器阵列到从气室撤销的过程，由图上可以看出气体检测的三个阶逡逑段，第一阶段气味未进入气室，传感器呈清洗结束时的基线状态；第二阶段气味逡逑与传感器接触，传感器的电学特性发生改变，表现为传感器的响应信号；第三阶逡逑段为气味撤销阶段，待测样品随着时间从气室中撤走，传感器接触到洁净空气后逡逑发生反应，响应信号值表现为下降的状态，并逐渐归到基线左右。根据这个图谱逡逑一般常用以下方法对传感器响应进行基线处理。逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH83

【参考文献】