用于检测糖尿病气体标志物的电子鼻系统设计
发布时间：2021-08-24 07:13
目前,糖尿病诊断一般采用传统验血方式,是一种入侵式诊断,其耗时长,操作不方便,病患不能及时发现病症,易耽误最佳治疗时间。前期研究表明糖尿病患者呼气中丙酮含量较正常人明显偏高,因而,将人体呼气中的丙酮含量作为检测糖尿病的依据,为实现非入侵式的糖尿病诊断提供可能。本课题旨在通过金属氧化物半导体气敏传感器阵列与模式识别算法相结合,设计一套“人工嗅觉”电子鼻系统,完成对痕量丙酮准确识别并实现整个检测过程自动化与智能化,为后续实现快速无创伤糖尿病检测提供技术参考。完成的主要工作如下:（1）设计电子鼻硬件系统。系统主要包括阵列中传感器选取、阵列电路、动态测试、数据采集等模块。依据糖尿病患者呼气中的成分与浓度选择传感器类型及数量,构成电子鼻阵列;分析传感器的电气参数,设计阵列电路;通过多个气体流量控制器动态配气,配制三类气体样本,完成动态测试;根据阵列中传感器的数量与采集精度等,选择数据采集卡。（2）数据处理与传感器阵列优化。采用移动平滑滤波法对原始数据进行平滑处理完成数据预处理;提取各传感器响应过程中能表达样本特征的数据,完成数据特征提取;根据实验采集的数据,分析各传感器的灵敏度、选择性、相关性以...
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MFC动态配气
河北工业大学硕士学位论文-19-度较高，导致腔室中环境温度急剧升高。材料的耐高温与无异味特性有助于实现腔室中实际气体成分与通入目标气体成分尽可能一致。（3）腔室的气密性好。腔室中的气压变化会影响传感器基线值大校气密性好的腔室提供了一个气压稳定环境，能提高实验数据的准确性。（4）腔室圆柱型结构。圆柱型的腔室结构有助于气体流通，在进行多次样本检测过程中更易于清洗附着在腔室内壁上的残余气体成分。根据上述分析，选用耐高温树脂材料通过3D打印技术完成对电子鼻测试腔室的模型打印，该模型的有效容积为100ml。利用密封垫圈和螺丝将腔室与阵列电路板连接保证腔室的气密性。设计成型的电子鼻测试腔室实物图如图3.6所示。图3.5MFC动态配气图3.6测试腔室实物图3.3.3数据采集数据采集卡是采集电路与上位机之间的通信桥梁。数据采集卡将电路中的模拟信号转换为上位机可以识别的数字信号。根据电子鼻传感阵列中的传感器数量、采集精度以及模拟信号大小等参数，将选用MPS-010602型数据采集卡完成对阵列中各传感器模拟信号输出的采集任务。如图3.7所示为MPS-010602型数据采集卡，其性能如下：
用于检测糖尿病气体标志物的电子鼻系统设计-20-（1）具有16位的模拟输入通道（2）12位A/D转换器（3）输入端信号量程0-10V（4）无增益时，分辨力2.5mv（5）最大的总误差：＜0.2%图3.7MPS-010602型数据采集卡MPS-010602数据采集卡具有多通道高精度的优点，能满足对阵列中各只传感器电压信号的数据采集任务。上位机数据采集软件设计将在第六章的软件系统设计模块详细论述。3.4本章小结本章介绍了电子鼻硬件系统设计，包括传感器选娶阵列电路设计、动态测试系统三个部分。根据电子鼻应用背景与目前商业化的气体传感器特性分析，初步选用9只商用气体传感器与实验室制备的高灵敏丙酮传感器组合设计阵列。阵列电路采用集成芯片自行设计电路模块，完成了对阵列中各传感器的供电以及信号调理等功能。搭建动态测试系统，主要包括测试腔室、动态配气以及数据采集三个部分。首先，测试腔室根据环境、检测气体等因素考虑，设计出一个容积孝耐高温、气密性好以及利于气体流通的腔室；然后，比较静态配气与动态配气，分析两种方法优缺点，最终选择动态配气用于配制样本气体；最后，根据传感器阵列中的数量、采集精度以及模拟信号输出，选择MPS-010602型数据采集卡完成对传感器阵列的数据采集任务。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于检测糖尿病标志物的电子鼻优化设计[J]. 奉轲,花中秋,伍萍辉,李彦,曾艳,王天赐,邱志磊. 传感技术学报. 2018(01)
[2]基于电子鼻传感器阵列优化的甜玉米种子活力检测[J]. 张婷婷,孙群,杨磊,杨丽明,王建华. 农业工程学报. 2017(21)
[3]Ru负载WO3纳米颗粒对NH3的气敏特性[J]. 曾艳,花中秋,田学民,李彦,王天赐,奉轲,邱志磊. 硅酸盐学报. 2018(01)
[4]PdO表面催化改性WO3纳米颗粒对丙酮的气敏性能[J]. 李彦,花中秋,武一,曾艳,奉轲,王天赐,邱志磊. 硅酸盐学报. 2017(10)
[5]便携式智能电子鼻系统及其葡萄货架期评价研究[J]. 傅均,黄灿钦,章铁飞. 传感技术学报. 2017(05)
[6]一种用于中值滤波的改进均值划分算法[J]. 刘海峰,张超,罗江,林福良. 计算机系统应用. 2017(03)
[7]基于多特征融合的电子鼻鉴别玉米霉变程度[J]. 殷勇,郝银凤,于慧春. 农业工程学报. 2016(12)
[8]基于电子鼻的果园荔枝成熟阶段监测[J]. 徐赛,陆华忠,周志艳,吕恩利,杨径. 农业工程学报. 2015(18)
[9]典型掺假蜂蜜的电子鼻信息变化特征及判别能力[J]. 裴高璞,史波林,赵镭,高海燕,尹京苑,汪厚银,支瑞聪. 农业工程学报. 2015(S1)
[10]基于C#.NET与MATLAB混合编程的动态调度软件系统开发[J]. 顾闻,周飞,杨宏兵. 计算机应用与软件. 2014(12)
博士论文
[1]医用电子鼻关键技术研究[D]. 胥勋涛.重庆大学 2009
[2]呼吸检测电子鼻及其在肺癌诊断应用中的研究[D]. 陈星.浙江大学 2008
[3]电子鼻：传感器阵列、系统及应用研究[D]. 张覃轶.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]电子鼻优化设计及其在坚果品质检测中的应用[D]. 徐克明.浙江大学 2017
[2]面向香水品质评价的电子鼻研究[D]. 梅笑冬.吉林大学 2015
[3]基于硬件实现BP神经网络的电子鼻设计[D]. 张航.西南交通大学 2015
[4]VOC气体检测仪的设计[D]. 李杰.大连交通大学 2014
[5]基于C#与MATLAB混合编程的肝储备功能分析系统研究[D]. 黄敬涛.吉林大学 2013
[6]基于VS2005的电能质量监测管理系统的研究[D]. 田丰.太原理工大学 2012
[7]基于气体传感器阵列的白酒分类与识别[D]. 王立川.武汉理工大学 2011
[8]电子鼻硬件系统及其评价[D]. 李华曜.华中科技大学 2008
本文编号：3359535
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MFC动态配气
河北工业大学硕士学位论文-19-度较高，导致腔室中环境温度急剧升高。材料的耐高温与无异味特性有助于实现腔室中实际气体成分与通入目标气体成分尽可能一致。（3）腔室的气密性好。腔室中的气压变化会影响传感器基线值大校气密性好的腔室提供了一个气压稳定环境，能提高实验数据的准确性。（4）腔室圆柱型结构。圆柱型的腔室结构有助于气体流通，在进行多次样本检测过程中更易于清洗附着在腔室内壁上的残余气体成分。根据上述分析，选用耐高温树脂材料通过3D打印技术完成对电子鼻测试腔室的模型打印，该模型的有效容积为100ml。利用密封垫圈和螺丝将腔室与阵列电路板连接保证腔室的气密性。设计成型的电子鼻测试腔室实物图如图3.6所示。图3.5MFC动态配气图3.6测试腔室实物图3.3.3数据采集数据采集卡是采集电路与上位机之间的通信桥梁。数据采集卡将电路中的模拟信号转换为上位机可以识别的数字信号。根据电子鼻传感阵列中的传感器数量、采集精度以及模拟信号大小等参数，将选用MPS-010602型数据采集卡完成对阵列中各传感器模拟信号输出的采集任务。如图3.7所示为MPS-010602型数据采集卡，其性能如下：
用于检测糖尿病气体标志物的电子鼻系统设计-20-（1）具有16位的模拟输入通道（2）12位A/D转换器（3）输入端信号量程0-10V（4）无增益时，分辨力2.5mv（5）最大的总误差：＜0.2%图3.7MPS-010602型数据采集卡MPS-010602数据采集卡具有多通道高精度的优点，能满足对阵列中各只传感器电压信号的数据采集任务。上位机数据采集软件设计将在第六章的软件系统设计模块详细论述。3.4本章小结本章介绍了电子鼻硬件系统设计，包括传感器选娶阵列电路设计、动态测试系统三个部分。根据电子鼻应用背景与目前商业化的气体传感器特性分析，初步选用9只商用气体传感器与实验室制备的高灵敏丙酮传感器组合设计阵列。阵列电路采用集成芯片自行设计电路模块，完成了对阵列中各传感器的供电以及信号调理等功能。搭建动态测试系统，主要包括测试腔室、动态配气以及数据采集三个部分。首先，测试腔室根据环境、检测气体等因素考虑，设计出一个容积孝耐高温、气密性好以及利于气体流通的腔室；然后，比较静态配气与动态配气，分析两种方法优缺点，最终选择动态配气用于配制样本气体；最后，根据传感器阵列中的数量、采集精度以及模拟信号输出，选择MPS-010602型数据采集卡完成对传感器阵列的数据采集任务。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于检测糖尿病标志物的电子鼻优化设计[J]. 奉轲,花中秋,伍萍辉,李彦,曾艳,王天赐,邱志磊. 传感技术学报. 2018(01)
[2]基于电子鼻传感器阵列优化的甜玉米种子活力检测[J]. 张婷婷,孙群,杨磊,杨丽明,王建华. 农业工程学报. 2017(21)
[3]Ru负载WO3纳米颗粒对NH3的气敏特性[J]. 曾艳,花中秋,田学民,李彦,王天赐,奉轲,邱志磊. 硅酸盐学报. 2018(01)
[4]PdO表面催化改性WO3纳米颗粒对丙酮的气敏性能[J]. 李彦,花中秋,武一,曾艳,奉轲,王天赐,邱志磊. 硅酸盐学报. 2017(10)
[5]便携式智能电子鼻系统及其葡萄货架期评价研究[J]. 傅均,黄灿钦,章铁飞. 传感技术学报. 2017(05)
[6]一种用于中值滤波的改进均值划分算法[J]. 刘海峰,张超,罗江,林福良. 计算机系统应用. 2017(03)
[7]基于多特征融合的电子鼻鉴别玉米霉变程度[J]. 殷勇,郝银凤,于慧春. 农业工程学报. 2016(12)
[8]基于电子鼻的果园荔枝成熟阶段监测[J]. 徐赛,陆华忠,周志艳,吕恩利,杨径. 农业工程学报. 2015(18)
[9]典型掺假蜂蜜的电子鼻信息变化特征及判别能力[J]. 裴高璞,史波林,赵镭,高海燕,尹京苑,汪厚银,支瑞聪. 农业工程学报. 2015(S1)
[10]基于C#.NET与MATLAB混合编程的动态调度软件系统开发[J]. 顾闻,周飞,杨宏兵. 计算机应用与软件. 2014(12)
博士论文
[1]医用电子鼻关键技术研究[D]. 胥勋涛.重庆大学 2009
[2]呼吸检测电子鼻及其在肺癌诊断应用中的研究[D]. 陈星.浙江大学 2008
[3]电子鼻：传感器阵列、系统及应用研究[D]. 张覃轶.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]电子鼻优化设计及其在坚果品质检测中的应用[D]. 徐克明.浙江大学 2017
[2]面向香水品质评价的电子鼻研究[D]. 梅笑冬.吉林大学 2015
[3]基于硬件实现BP神经网络的电子鼻设计[D]. 张航.西南交通大学 2015
[4]VOC气体检测仪的设计[D]. 李杰.大连交通大学 2014
[5]基于C#与MATLAB混合编程的肝储备功能分析系统研究[D]. 黄敬涛.吉林大学 2013
[6]基于VS2005的电能质量监测管理系统的研究[D]. 田丰.太原理工大学 2012
[7]基于气体传感器阵列的白酒分类与识别[D]. 王立川.武汉理工大学 2011
[8]电子鼻硬件系统及其评价[D]. 李华曜.华中科技大学 2008
本文编号：3359535
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