Hoe werkt een elektronische neus?

Hoe werkt een elektronische neus?

Invoering:

De elektronische neus is een apparaat dat de geur effectiever detecteert dan het menselijke reukvermogen. Een elektronische neus bestaat uit een mechanisme voor chemische detectie. De elektronische neus is een intelligent detectieapparaat dat een reeks gassensoren gebruikt die selectief overlappen, samen met een patroonreorganisatiecomponent. Tegenwoordig hebben de elektronische neuzen externe voordelen opgeleverd voor een aantal commerciële industrieën, landbouw, biomedische geneeskunde, cosmetica, milieu, voedsel, water en verschillende wetenschappelijke onderzoeksgebieden. De elektronische neus detecteert het gevaarlijke of giftige gas dat niet mogelijk is voor mensen die snuiven.



Elektronische neus

Elektronische neus

De geuren zijn samengesteld uit moleculen, die een specifieke grootte en vorm hebben. Elk van deze moleculen heeft een receptor van overeenkomstige grootte en vorm in de menselijke neus. Wanneer een specifieke receptor een molecuul ontvangt, stuurt deze een signaal naar de hersenen en identificeren de hersenen de geur die bij dat molecuul hoort. De elektronische neuzen werken op dezelfde manier als de mens. De elektronische neus gebruikt sensoren als receptor. Wanneer een specifieke sensor de moleculen ontvangt, stuurt deze het signaal naar een programma voor verwerking in plaats van naar de hersenen.






Elektronisch neuswerkprincipe:

De elektronische neus is ontwikkeld om menselijke reukzin na te bootsen waarvan de functies geen afzonderlijk mechanisme zijn, d.w.z. de geur of smaak wordt gezien als een globale vingerafdruk. In wezen bestaat het instrument uit sensorarray, patroonreorganisatiemodules en headspace-sampling om een ​​signaalpatroon te genereren dat wordt gebruikt voor het karakteriseren van geuren. De elektronische neus bestaat uit drie hoofdonderdelen: detectiesysteem, computersysteem, monsterafgiftesysteem.

Elektronisch neusblokdiagram

Elektronisch neusblokdiagram



Het systeem voor het afleveren van monsters: Het monsterafgiftesysteem maakt het mogelijk om een ​​kopruimte van monster of vluchtige verbindingen te genereren, wat een geanalyseerde fractie is. Het systeem stuurt deze kopruimte vervolgens naar het detectiesysteem van de elektronische neus.

Het detectiesysteem: Het detectiesysteem dat uit een groep sensoren bestaat, is het reactieve deel van het instrument. Wanneer ze op dat moment in contact komen met vluchtige stoffen, reageren de sensoren en veroorzaken ze veranderingen in elektrische eigenschappen.

Het computersysteem: In de meeste elektronische neuzen is elke sensor op hun specifieke manier gevoelig voor alle moleculen. In bio-elektrische neuzen worden echter de receptoreiwitten gebruikt die reageren op specifieke geurmoleculen. De meeste elektronische neuzen gebruiken sensorarrays die reageren op vluchtige verbindingen. Telkens wanneer de sensoren een geur waarnemen, wordt een specifieke reactie geregistreerd dat signaal wordt verzonden naar de digitale waarde.


De meer algemeen gebruikte sensoren in elektronische neus

Metaaloxide halfgeleider (MOSFET)

Geleidende polymeren

Kwarts kristal microbalans

Piëzo-elektrische sensoren

Metaaloxidesensoren

Metaaloxide halfgeleidersensor:

Dit wordt gebruikt voor schakelen of versterken elektronische signalen. Het werkingsprincipe van MOSFET is dat moleculen die het sensorgebied binnenkomen positief of negatief worden geladen, wat een direct effect heeft op het elektrische veld in de MOSFET.

Metaaloxide-sensoren: (MOS)

Deze sensor is gebaseerd op adsorptie van gasmoleculen om verandering in geleidbaarheid teweeg te brengen. Deze geleidbaarheidsverandering is de maat voor de hoeveelheid geadsorbeerde vluchtige organische stoffen.

Piëzo-elektrische sensoren:

De adsorptie van gas aan het oppervlak van het polymeer leidt tot een verandering in massa op het sensoroppervlak. Dit produceert op zijn beurt een verandering in de resonantiefrequentie van het kristal.

Kwarts kristal microbalans:

Dit is een manier om massa per oppervlakte-eenheid te meten door de verandering in frequentie van de kristalresonator te meten. Dit kan worden opgeslagen in een database.

Geleidende polymeren:

Geleidende polymeergassensoren werken op basis van veranderingen in elektrische weerstand veroorzaakt door adsorptie van gassen op het sensoroppervlak.

Gegevensanalyse voor elektronische neus:

De digitale output gegenereerd door elektronische neussensoren moet worden geanalyseerd en geïnterpreteerd om te kunnen leveren. Er zijn drie hoofdtypen in de handel verkrijgbare technieken.

  • Grafische analyse
  • Multivariate data-analyse
  • Netwerk analyse
Gegevensanalyse voor elektronische neus

Gegevensanalyse voor elektronische neus

De keuze van de gebruikte methode hangt af van de beschikbare invoergegevens van sensoren.

De eenvoudigste vorm van datareductie is een grafische analyse die bruikbaar is voor het vergelijken van monsters of het vergelijken van geuridentificatie-elementen van onbekende analisten ten opzichte van die van bekende bronnen in referentiebibliotheken.

De multivariate data-analyse genereert een set technieken voor de analyse van data die een getrainde of ongetrainde techniek is. De ongetrainde technieken worden gebruikt wanneer er niet eerder een database met bekende samples is opgebouwd. De eenvoudigste en meest gebruikte ongetrainde MDA-techniek is een principiële componentanalyse. De elektronische neusgegevensanalyse MDA is erg handig wanneer sensoren gedeeltelijk gevoeligheden hebben voor individuele verbindingen die in een monstermenger aanwezig zijn. De PCA is het nuttigst als er geen bekend monster beschikbaar is.

Het neurale netwerk is de bekendste en meest afgeleide analysetechniek die wordt gebruikt in statistische softwarepakketten voor in de handel verkrijgbare elektronische neus.

Bijvoorbeeld elektronisch neussysteem voor de detectie van fruitgeur:

Elektronisch neussysteem

Elektronisch neussysteem

Het voorgestelde elektronische neussysteem werd getest met de geuren van drie soorten fruit, namelijk leman, banaan, lychee. De geuren werden bereid door een fruitmonster in de brekers te plaatsen, afgesloten met een deksel. De 8051 werd in de test- of trainingsmodus gezet. Als het systeem zich in de trainingsmodus bevindt, wordt de sensorwaarde weergegeven op het LCD-scherm. Als het systeem zich in de testmodus bevindt, wordt het classificatieresultaat van het doelfruit op het LCD-scherm weergegeven. De sensorreeks krijgt het gas via klep 1, die normaal gesloten is. De vacuümpomp wordt gedurende 20 seconden ingeschakeld om het gas uit de sensorreeks te pompen.

Gastestopstelling voor het voorgestelde E-Nose-systeem

Gastestopstelling voor het voorgestelde E-Nose-systeem

De waarde1 werd gesloten en de sensorweerstand kreeg 60 seconden om een ​​studiestatusmodus te bereiken. Het classificatieresultaat van de karakteristieke waarde van de sensoren verscheen op het LCD-scherm. De sensorreekskamer werd losgekoppeld van de fruitmonsterbreker en de klep 1 werd geopend om frisse lucht te laten draaien, de klep 2 werd geopend zodat de geuren werden weggepompt. De kamer werd gedurende twee minuten met frisse lucht belucht.

Toepassing van elektronische neus:

  • Medische diagnostiek en gezondheidsmonitoring
  • Milieu Controle
  • Toepassing in de voedingsindustrie
  • Detectie van explosief
  • Ruimtetoepassingen (NASA)
  • Onderzoeks- en ontwikkelingsindustrieën
  • Laboratoria voor kwaliteitscontrole
  • De proces- en productieafdeling
  • Detectie van medicijngeuren
  • Detectie van schadelijke bacteriën

Ik hoop dat je nu een idee hebt over hoe elektronische neus werkt. als er vragen zijn over dit concept of over elektrische en elektronisch project laat de opmerkingen hieronder.

Foto tegoed: