广东工业大学：《机器嗅觉概论》课程PPT教学课件（仿生嗅觉原理与应用）第七章 常见商用仿生嗅觉系统

第七章常见商用仿 生嗅觉系统

第七章 常见商用仿 生嗅觉系统

·仿生嗅觉系统包含有一定数量的气敏传感器，每 个传感器都能对给定的气体混合物产生非特定性 的响应，也就是说，对给定的任一待测混合物， 传感器都能产生响应，但是对不同的混合物，响 应的程度不同。 ●由不同类型的传感器组成的传感器阵列，就能对 不同成分的气体混合物产生相应的独特的响应图 谱，或者形象地称为“气味指纹

 仿生嗅觉系统包含有一定数量的气敏传感器，每 个传感器都能对给定的气体混合物产生非特定性 的响应，也就是说，对给定的任一待测混合物， 传感器都能产生响应，但是对不同的混合物，响 应的程度不同。  由不同类型的传感器组成的传感器阵列，就能对 不同成分的气体混合物产生相应的独特的响应图 谱，或者形象地称为“气味指纹”

7.德国AIRSENSE公司PEN系 列电子鼻 ·AIRSENSE:世界上最早开发商业化电子鼻的公 司 ,模个尥棠盛病减氖膝满獯壁知、分析和判断 1.PEN3的系统构成 取样操作器（气路流量控制系统） 组 成 气体传感器阵列 模式识别系统(WinMuster)

7.1 德国AIRSENSE公司PEN系 列电子鼻  AIRSENSE：世界上最早开发商业化电子鼻的公 司 7.模1.1拟P人EN的3嗅的觉系感统官构对成气及味检进测行原感理知、分析和判断 1. PEN3的系统构成 组 成 取样操作器（气路流量控制系统） 气体传感器阵列 模式识别系统（WinMuster）

1.1PEN3的系统构成及检测原理 1.PEN3的系统构成 (1)取样操作器（气路流量控制系统） 依靠AIRSENSE公司多年的气体流量控制经验开发 的专利技术，主要部件是自动进样泵和流量控制器。 保证了在各种复杂的情况下PEN3内部气流的稳定， 使PEN3实现了在实验室、在线控制、开放环境等各种复 杂状况下的正常使用，起着类似于人的鼻子的作用

（1）取样操作器（气路流量控制系统） 依靠AIRSENSE公司多年的气体流量控制经验开发 的专利技术，主要部件是自动进样泵和流量控制器。 保证了在各种复杂的情况下PEN3内部气流的稳定， 使PEN3实现了在实验室、在线控制、开放环境等各种复 杂状况下的正常使用，起着类似于人的鼻子的作用。 7.1.1 PEN3的系统构成及检测原理 1. PEN3的系统构成

1.PEN3的系统构成 (2)气体传感器阵列 ·内置10个金属氧化物传感器组成一个传感器阵列 ·对不同的化学成分有不同的响应值，其中对硫基化合物、 甲烷、氢、乙醇和烃类物质有很好的选择性。 阵列序号 传感器名称 性能描述 备注 wIC 芳香成分 甲苯，10mL/m3 2 W5S 灵敏度大，对氮氧化合物很灵敏 NO,,1 mL/m3 3 W3C 氨水，对芳香成分灵敏 苯，10mL/m3 W6S 主要对氢气有选择性 H2,100mL/m3 5 W5C 烷烃，芳香成分 丙烷，1mL/m3 6 WIS 对甲烷灵敏 CH,100 mL/m3 7 WIW 对硫化物灵敏 H,S,1mL/m3 8 w2S 对乙醇灵敏 C0,100mL/m3 9 w2W 芳香成分，对有机硫化物灵敏 H2S,1 mL/m3 10 w3s 对烷烃灵敏 CHa,10 mL/m3

（2）气体传感器阵列  内置10个金属氧化物传感器组成一个传感器阵列  对不同的化学成分有不同的响应值，其中对硫基化合物、 甲烷、氢、乙醇和烃类物质有很好的选择性。 阵列序号 传感器名称 性能描述 备注 1 W1C 芳香成分 甲苯，10 mL/m3 2 W5S 灵敏度大，对氮氧化合物很灵敏 NO2，1 mL/m3 3 W3C 氨水，对芳香成分灵敏 苯，10 mL/m3 4 W6S 主要对氢气有选择性 H2，100 mL/m3 5 W5C 烷烃，芳香成分 丙烷，1 mL/m3 6 W1S 对甲烷灵敏 CH4，100 mL/m3 7 W1W 对硫化物灵敏 H2S，1 mL/m3 8 W2S 对乙醇灵敏 CO，100 mL/m3 9 W2W 芳香成分，对有机硫化物灵敏 H2S，1 mL/m3 10 W3S 对烷烃灵敏 CH4，10 mL/m3 1. PEN3的系统构成

(3)模式识别系统 WinMuster是PEN3自带的检测与模式识别软件 当WinMuster pattern file -回X File Measurement Analysis View Options Help 国回当区国回回围M+?Eu K:Ma DF PL PC Lo LD PL 测量显示区 Measurement Data 当ResistorValues▣▣x 电导值显示 域：显示采 Ohm- 区域：显示 5.0 GGO[GO/G) 1)= 样过程中各 各传感器的 传感器响应 即时读数、 曲线随时间 状态等信息 变化的趋势 4.0 3.5 R10= 30 Polar Plot 雷达图/直 25 方图显示区 20 域：以雷达 图直方图 15 形式显示在 指定采样时 1.0 间点各传感 器的响应值 05 100 df =600 ml/min 提供了多种参数以便控制PEN3的采样过程，如 sampling time、flush time、injection flow等参数

（3）模式识别系统  WinMuster是PEN3自带的检测与模式识别软件 提供了多种参数以便控制PEN3的采样过程，如 sampling time、flush time、injection flow等参数

(3)模式识别系统 ·主工具条（工具栏的左半部份）中各按钮的功能： 国日色区国回回圈M牛昌？ 新建测量文件 获取帮助信息 打印窗口内容 打开已有的测量文件 点击开始测量 停止当前测量 切换至雷达图显示 保存当前测量文件 切换至直方图显示 关闭/开启测 关闭/开启雷达图/ 关闭/开启电 切换至默认 量显示区域 直方图显示区域 导值显示区域 的显示状态

（3）模式识别系统  主工具条（工具栏的左半部份）中各按钮的功能 ：

(3)模式识别系统 ·WinMuster?软件集成的各种多元统计模式分析方法 Eu Kr Ma 欧式距离判别 开启/关闭PLS模式 相关性分析 线性判别分析 判别函数分析 马氏距离判别 主成分载荷分析 主成分分析 偏最小二乘预测 通过上述模式识别技术，将样本与内置数据库相联系， 快速、简明地给出诸如好坏、是/否等定性的判别结果

（3）模式识别系统  WinMuster软件集成的各种多元统计模式分析方法 通过上述模式识别技术，将样本与内置数据库相联系， 快速、简明地给出诸如好/坏、是/否等定性的判别结果

ZPN的系统构成及检测原理 2.富集与解吸附单元EDU3(Enrichment and Desorption Unit,EDU) ●将待检测样本的挥发性气 味富集到EDU3中，再解吸 附至PEN3传感器阵列室中 进行检测，利用EDU3的富 集作用能够大大提高PEN3 的敏感度，其检测下限可 达ppt。 ·降低检测仪器的检测限 ·选择性吸附，屏蔽掉背景 和干扰气体

 将待检测样本的挥发性气 味富集到EDU3中，再解吸 附至PEN3传感器阵列室中 进行检测，利用EDU3的富 集作用能够大大提高PEN3 的敏感度，其检测下限可 达1ppt。  降低检测仪器的检测限  选择性吸附，屏蔽掉背景 和干扰气体 7.1.1 PEN3的系统构成及检测原理 2. 富集与解吸附单元EDU3（Enrichment and Desorption Unit, EDU）

1PN3的系统构成及检测原理 2.富集与解吸附单元 ·EDU3的工作原理分为如下几个步骤： ·取样(Sampling):将样品气体吸入，并使其被吸附剂吸附； ·洗样(Postsampling):取样过程结束以后，空气经活性炭过 滤后泵入到EDU3中，对吸附剂进行清洗，使水汽、酒精等不 易吸附的物质随洁净空气泵出，使样品气体得以浓缩，去除 了一些物质的干扰，使样品气体得以净化； ·解吸附(Desorption):通过程序控制使吸附剂升温，所吸附 的挥发性成分也随之被解吸附，并溶解于洁净空气中； ·注入(Injection):将处理后的样品气体注入到电子鼻中进行 检测； ·清洗(Cleaning):用洁净空气吹洗吸附剂，使残余气体成分 被带出，吸附剂得以再生； ·冷却(Cooling):将吸附剂冷却，准备再一次吸附样品气体， 进入下一次循环

 EDU3的工作原理分为如下几个步骤：  取样(Sampling)：将样品气体吸入，并使其被吸附剂吸附；  洗样(Postsampling)：取样过程结束以后，空气经活性炭过 滤后泵入到EDU3中，对吸附剂进行清洗，使水汽、酒精等不 易吸附的物质随洁净空气泵出，使样品气体得以浓缩，去除 了一些物质的干扰，使样品气体得以净化；  解吸附(Desorption)：通过程序控制使吸附剂升温，所吸附 的挥发性成分也随之被解吸附，并溶解于洁净空气中；  注入(Injection)：将处理后的样品气体注入到电子鼻中进行 检测；  清洗(Cleaning)：用洁净空气吹洗吸附剂，使残余气体成分 被带出，吸附剂得以再生；  冷却(Cooling)：将吸附剂冷却，准备再一次吸附样品气体， 进入下一次循环。 7.1.1 PEN3的系统构成及检测原理 2. 富集与解吸附单元