基于鼻粘膜色谱效应的双腔室仿生嗅觉系统研究

发布时间：2017-04-19 15:22

  本文关键词：基于鼻粘膜色谱效应的双腔室仿生嗅觉系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着传感器技术、电子技术、计算机技术及模式识别等技术的迅速发展,人工嗅觉技术在食品检测、环境检测、医疗诊断、防灾报警等领域都得到广泛的应用。然而与生物嗅觉系统相比较,现有电子鼻系统中的传感器数量少、稳定性低(易受环境因素影响),交叉敏感性差以及传感器毒化影响其识别性能,其检测准确率、实时性远逊于人工。此外,与现有人工嗅觉系统不同的是,生物嗅觉是一个主动感知过程(Active Olfactory),即通过动态调节流经细胞感受器阵列的气体速度和气体流量,使得气味在细胞感受器阵列表面呈现复杂的时空模式,为后续大脑嗅觉皮层处理提供预处理。Mozell在上世纪六十年代针对此现象提出了鼻粘膜色谱效应假说,即上述嗅觉感知中的气流调节类似于气相色谱效应,目的是将不同气味分子在嗅觉粘膜不同区域分离,使得各种气味形成不同的空间分布模式。本文正是受上述生物嗅觉假说的启发,利用仿生电子粘膜的思想,设计了一套基于鼻粘膜色谱效应的仿生嗅觉系统。该系统的传感器阵列分布于两个腔室,腔室之间通过延时通道相连,以模拟鼻粘膜中两块不同的分区。系统包括气体采样配置、系统气路控制、传感器阵列驱动、数据采集系统等功能模块,利用NI的虚拟仪器组态软件Lab View进行控制和数据采集。该系统旨在获取基于传感器瞬态响应的空时信息,模拟嗅觉粘膜气体分辨模型中的色谱效应,即“鼻色谱”效应,再结合合适的模式识别算法来提高气体识别的性能。本文通过实验着重研究了系统反应气室、延时通道、气体流量等方面的变化对双腔室系统性能的影响。在系统性能实验验证中,提取并分析了在空间和时间上的响应信息,并采用主成分分析法等经典模式识别算法对四种不同极性的有机气体进行辨识。同时,利用Fluent流体仿真软件分别模拟了气体在单腔室和双腔室中气流和浓度的分布及变化情况。结果表明,双腔室系统的实验结果与仿真结果一致,与传统单腔室系统相比,该双腔室电子鼻检测系统成功模拟了鼻粘膜的色谱过程,且具有较好的气体识别性能,是一种新颖的电子鼻气室及传感阵列构建方法。
【关键词】：仿生电子鼻 双腔室 嗅觉粘膜 鼻色谱 延时通道 空时信息
【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318;TP212
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 本文主要工作和论文结构12-14
• 1.3.1 本文研究内容和主要工作12
• 1.3.2 论文结构12-14
• 第2章 仿生电子鼻系统14-22
• 2.1 人体嗅觉系统14-17
• 2.1.1 嗅觉结构及产生机理14-15
• 2.1.2 嗅觉生理模型15-17
• 2.2 仿生嗅觉系统研究17-18
• 2.3 气相色谱概况18-19
• 2.4 新型仿生电子鼻技术19-22
• 2.4.1 气体传感器温度调制技术19-20
• 2.4.2 鼻粘膜色谱效应的嗅觉仿生技术20-22
• 第3章 双腔室仿生嗅觉系统设计22-36
• 3.1 实验测试平台硬件设计22-28
• 3.1.1 测试腔及传感器分布24-25
• 3.1.2 气路泵阀配置25-26
• 3.1.3 系统电源模块26-27
• 3.1.4 进气装置驱动模块27
• 3.1.5 数据采集卡27-28
• 3.2 实验测试平台软件设计28-33
• 3.2.1 虚拟仪器技术及LabVIEW简介28-29
• 3.2.2 测试平台控制程序29-31
• 3.2.3 上位机可视化及测试参数31-32
• 3.2.4 采样数据信息32-33
• 3.3 采样数据预处理33-35
• 3.3.1 基线处理34
• 3.3.2 归一化处理34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 延迟通道及流速对系统性能影响的实验研究36-50
• 4.1 系统参数实验测试及优化36-42
• 4.1.1 延时通道选择36-38
• 4.1.2 延时通道长度对传感器响应影响38-40
• 4.1.3 气流对传感器响应影响40-42
• 4.2 双腔室电子鼻系统实验结果与分析42-47
• 4.2.1 传感器阵列空时响应信息42-43
• 4.2.2 同腔室传感器响应时延信息43-45
• 4.2.3 不同腔室传感器响应时延信息45-47
• 4.3 主成分分析与结果47-49
• 4.3.1 单腔室测试实验结果47-48
• 4.3.2 双腔室测试实验结果48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 测试腔流体仿真分析50-54
• 5.1 Fluent简介50
• 5.2 测试腔建模50-51
• 5.3 流场中流速分布仿真51-52
• 5.4 气体扩散时间仿真52-53
• 5.4.1 单腔室气体扩散52-53
• 5.4.2 双腔室气体扩散53
• 5.5 本章小结53-54
• 第6章 双腔室系统模型气体分类应用54-59
• 6.1 Weka系统简介54
• 6.2 实验样本数据采集54-56
• 6.2.1 实验材料54
• 6.2.2 实验步骤54-55
• 6.2.3 数据集准备55-56
• 6.3 样本分类模型应用56-57
• 6.4 不同识别算法分类结果与比较57-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第7章 结论与展望59-61
• 7.1 总结59-60
• 7.2 未来工作展望60-61
• 参考文献61-64
• 附录64-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 马鸿雁;;浅谈虚拟仪器及其特点[J];发展;2008年01期

2 邹小波,方如明,蔡健荣;人工嗅觉系统及其在卷烟烟气中的研究[J];江苏理工大学学报(自然科学版);2000年03期

3 朱先约;宗永立;殷延齐;李炎强;谢剑平;;利用电子鼻区分不同产地、不同品种的烤烟[J];中国烟草学报;2009年03期

  本文关键词：基于鼻粘膜色谱效应的双腔室仿生嗅觉系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：316581