[发明专利]用于现场检测的低功耗手持式电子鼻系统

说明书

技术领域

本发明涉及化学传感器、电子电路测量和模式识别算法等智能传感仪器领域，主要涉及用于现场对物品气味进行实时化学检测、分析和辨识的装置。

背景技术

1995年东京地铁沙林毒气袭击造成多人死亡，几千人受伤的惨案，而且由于缺乏必要的气体监测设备，其后相当长时间内引起群体心理恐慌，引发社会问题，造成巨大经济损失。而美国9.11恐怖袭击以后，生化武器威胁再次造成全球恐慌。另外，在边境、机场、车站和港口等场所进行缉毒、安检也迫切需要一种操作简单、使用方便的便携式气体检测仪器。现在商品化的气体检测和分析仪器很多，比如气相色谱/质谱(GC/MS)、火焰离子化检测器(FID)和红外检测仪等等。尽管它们的准确性和选择性较高，但由于价格昂贵、维护费用高、响应时间较长、操作繁琐、体积庞大，一般只适合在实验室或分析中心使用，而不太适合于现场气体检测。

电子鼻是一种模拟生物嗅觉原理的新颖仿生检测仪器，它通过对不同气体具有交叉敏感的化学传感器阵列获取样品中挥发性气味的综合指纹信息，再提取合适的特征输入到特定的模式识别算法，完成对样品的定性或定量辨识。与气相色谱/质谱等经典化学分析仪器相比，电子鼻具有快速、简单和廉价等特点，目前已经在食品与酿造控制、环境监测、医学诊断和公共安全等领域引起了广泛重视。

电子鼻系统中的关键技术是气敏传感器阵列和模式识别算法。目前较为常见的气敏传感器包括金属氧化物半导体(MOS)传感器、电化学传感器、声表面波(SAW)和石英晶体振荡微天平(QCM)传感器等类型。由于检测原理和制作工艺，这些传感器的选择性通常较差，例如标称的酒精传感器对醚、烃类和其他醇类等还原性气体都能响应，因此用单一传感器来检测某种特定物品存在很大风险。另外即使开发出选择专一的传感器，也只能使用于特定用途的场合而丧失了仪器的通用性。而电子鼻恰恰利用这些传感器对各种气体的广谱响应特性，通过把不同原理的传感器或者同一类型不同型号的传感器构建阵列，以达到对多种(大大多于传感器数量)气味的有效检测。这种检测需要借助特定的模式识别算法来实现。这些算法大致可以分成线性统计和人工神经网络两类。由于计算复杂，通常需要计算机处理。

专利号为02217974.7的实用新型公开了一种便携式智能电子鼻，但其必要结构没有脱离计算机，缺乏现场检测的实时性，而且携带麻烦，使用不便。另外它采用半导体氧化物气体传感器构建阵列，功耗大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于现场检测的低功耗手持式电子鼻系统，以克服目前电子鼻系统结构庞大、不能脱离计算机独立工作等不足，满足现场检测所需。为此，本发明采用以下技术方案：它包括电子鼻盒体，所述电子鼻盒体中设有气体流控系统，气体流控系统中的气室中至少设有一个由低功耗的不同种气敏传感器组成的混合传感器阵列，所述电子鼻盒体中还设有必要的检测电子电路、无线通讯模块和/或USB模块、单片机和用于数据处理及模式识别的DSP系统，检测电子电路中设有用于QCM气敏传感信号检测的CPLD电路、用于电化学气敏传感信号检测和温度湿度传感信号检测调理的电路。由于采用本发明的技术方案，本发明体积小，能脱离计算机独立工作，能够在独立的仪器内部完成对气流的控制、物品气味的检测、信号预处理和特征提取、模式识别和显示报警等自动操作，满足现场检测所需的实时性、低功耗，手持式要求。

附图说明

图1为本发明所提供的一种实施方式的整体结构示意图。

图2为图1中气路控制开关的结构示意图。

图3为本发明测量、控制和处理电路的系统框图。

图4为本发明CPLD功能实现的内部逻辑图。

具体实施方式

本发明主要包括一套用来完成气室的清洗和被测气味的吸入和排出等过程的气体流控系统和一套集测量、控制、识别、通讯和人机交互的电路系统。可以在手持式仪器中独立完成对气流的控制、物品气味的检测、信号预处理和特征提取、模式识别和显示报警等自动操作，满足现场检测所需的小型化、实时性要求。

参照附图1、3和4。它包括电子鼻盒体100，所述电子鼻盒体中设有气体流控系统，气体流控系统中的气室中至少设有一个由低功耗的不同种气敏传感器组成的混合传感器阵列，所述电子鼻盒体中还设有必要的检测电子电路、无线通讯模块和/或USB模块、单片机和用于数据处理及模式识别的DSP系统，检测电子电路中设有用于QCM气敏传感信号检测的CPLD电路、用于电化学气敏传感信号检测和温度湿度传感信号检测调理的电路。