具有自动进样和恒温控制的电子舌检测系统的研制和应用

发布时间：2016-06-19 05:28

温度改变会引起待测样品物理、化学特性改变。不仅影响样品中某些物质的溶解度、离子活度、PH值和电化学活性，还会引起传感器表面物质的活性、传感器与溶液间界面特性等诸多因素的变化，对检测结果产生较大影响。本文研制的是伏安型电子舌，当样品温度发生改变时，会引起溶液巧阻、双电层特性等改变，直接影响检测信号的形状和幅值。所以为保证电子舌检测结果的稳定性和可靠性，引入恒温槽控温装置很有必要。恒温槽一般是以液体为导热介质，通过温度控制系统及攪拌或射流装置的作用，达到设定温度并保持其内部工作区域的温度均勾稳定。恒温槽主要由槽体、工作介质、感温元件、循环揽拌装置、加热制冷设备和温度控制器组成。图1-3为汽车轮穀等温成型设计的油浴恒温槽。该恒温槽由油槽、加热器、揽拌机、温度传感器和控制电路组成。油液在加热槽中加热，通过油冢在油糟和加热槽之间循环。控制系统控制油液流速和加热状况，保证油槽中温度均勾且稳定不变

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第2章电子舌系统设计

2．1电子舌系统总体设计

设备由电极、信号采集模块、控制模块、进样模块、恒温槽模块、按键显示模块5大模块以及上位机电脑组成。上位机电脑和控制模块间通过串口通讯。控制模块接受上位机指令统一控制庇层电器工作，同时将设备的相关状态信息反馈给上位机。

2．2硬件设计

电子舌系统启动后需要完成进样或者恒温槽控制等相关操作时，上位机向控制模块发送特定指令，并等待控制模块反馈。4位数字代表不同的具体操作的编号。控制模块收到指令后，通过查询指令表判断需要执行的操作。控制模块通过改变通用I／O口的输出控制相应电器工作，或者扫描对应的通用I／O口工作状态来获取传感器数据和设备的运行状态，并通过串口将数据和工作状态以宇符串的形式反馈给上位机。当电极插入样品并需要检测分析时，上位机直接控制NI－6009数据采集卡的模拟I／O口向调埋电路发生脉冲激发波形，同时通过其他的模拟I／O口采集调理电路上的反馈信号，并实时传输给上位机显示和保存。

第3章电子舌主要功能摸块的性能测试.......28

3．1自动进样模块测试....28
3．2恒温槽模块测试....30
3．3电极和信号采集摸块测试....32
第4章电子舌在饮料检测中的应用........38
4.1电子舌在饮料检测中的应用....38
4．2电子舌在啤酒和水检测中的应用....42
4．3电子舌在西湖龙井某等级判别和渗假检测中的应用....46
第5章总结与展望....53
5．1总结....53
5．2展望....54

第4幸电子舌在饮料检测中的应用

4．1．电子舌在饮料捡测中的应用

金典有机饮料蒙牛特仑苏是两款饮料和工艺非常接近的高品质，所以在图中它们的数据点非常接近。蒙牛纯牛奶属于普通纯牛奶，其成分、加王工艺也和前两种牛奶比较接近，所以样品点也靠得较近。光明一只挪子牛奶属于辄汁和牛奶的混合饮料，与前Ｓ者成分差别巨大，所以图中数据点远离其他三类。图4－1对比图4－4，饮料PCA和LDA分析图中同种牛奶的数据点聚集效果相较于水的样品点的聚集效果差。其可能的原因是牛奶是意浊液的，通电情况下，牛奶中的蛋白质等物质在电场作用下聚集到电极表面，产生较强的浓差极化，，双电层结构稳定性较差，电信号随机性和离散性大。�嵧�4－7是以Ａｕ电极为例进行说明，剩余的电极信号与该电极呈现相同的规律。

4．2电子舌在啤酒和水检测中的应用

随着添加的气泡量增加，信号曲线上毎个时刻的幅值均逐渐减小。因为气泡包裹在电极表面时，阻挡了部分贵金属电极表面，导致电极表面和溶液间的双电层结构面积減少，双电层电容C变小。电容值的变小导致检测回路充放电电流减小，导致检测信号总体变小。当电极表面气泡量非常大并将贵金属电极完全包裹化时，电极与溶液间被阻断，检测回路不导通，信号基本消失，只剩下少量噪声信号。由于检测信号总体幅值下降，导致信号的特征值化碱小。所以，随着气泡量的增加，电极信号特征值会逐渐碱小，气泡对电子舌检测存在很大的影响。

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第5幸总结与展望

5．1总结

（1）研制了一台伏安型电子舌检测系统，其包含电极与信号采集模块、自动进样模块、恒温槽模块、按键显示模块、控制模块和上位机电脑，能自动完成样品调温、进样、检测、电极清洗等功能。上位机是运行设计开发的操作显示界面的计算机，是设备的显示和控制终端。下位机是系列单片机为核伯的控制模块，直接控制底层除电极与信号采集模块之外的各个功能模块。上位机通过串口向控制模块发送控制命令，并接受控制模块的反馈信息。电极与信号采集模块是电子舌实现栓测的核心，采用的互电极体系，由贵金属揉电极阵列、调理电路和采集卡组成。电极阵列包含Au、Pt、Ag、Rh四根贵金属工作电极、一根Pt辅助电极和一根Ag／AgCl参比电极。上位机通过USB向电极和信号采集模块发送激发信号，并接受采集卡反馈的采集信号。

5．2展望

本文研发的电子舌己经初步具备自动运行和检测的能力，并在多种常规饮料的检测中表现出良好的效果。但是还是存在一些可以维续优化改进的地方。（1）参比电极易损坏、保存不便。此设备的电极部分的参化电极是Ag／AgCl电极，外壳为玻璃，内部装有溶液。被璃外売容易破碎，参比电极需要密封保存，防止毛玻璃口暴露在空气中导致内部的溶液扶速蒸发。针对上述问题，可考虑研发配套的固态参比电极或者两电极体系的电子舌。（2）没有电极拋光装置。电子舌多次检测后，在工作电极和辅助电极的贵金属表面会形成一层粗粮的氧化层，此外溶液中的成分反复氧化还原巧成的产物也会附着在表面上。这些氧化层和附着物会造成电极的信号漂移，影响检测的准确性。

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参考文献（略）

本文编号：58911