一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶品質(zhì)分析裝置及方法。解決現(xiàn)有靠人體自身器官對飲料樣品揮發(fā)氣體進行檢測，存在主觀差異性，以及對人體有害的技術(shù)問題。裝置包括集氣單元、采氣單元、處理單元和控制單元，集氣單元包括氣室、樣品室、第一連通管和第二連通管，共同構(gòu)成回型的循環(huán)通路，采氣單元連接到氣室，處理單元與采氣單元連接，進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接。本發(fā)明優(yōu)點是：構(gòu)建了電子鼻系統(tǒng)，使得檢測結(jié)果更加全面客觀，也避免了樣品氣體對人體健康造成危害；采集氣體時氣體進行循環(huán)流動，使得氣體混合更均勻，使得檢測的數(shù)據(jù)更加精確。
【專利說明】一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置及方

法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對飲料品質(zhì)檢測的技術(shù)，尤其是涉及一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，以及基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飲料是人們的日常消費品，消費者在選購及飲用過程中，飲料的香氣和口味對其有較大的影響。如果飲料口味不適合消費者或者不穩(wěn)定，實際上會直接影響產(chǎn)品的市場銷售，涉及到生產(chǎn)商的效益。因此，生產(chǎn)商在飲料研發(fā)及生產(chǎn)過程中，會對其進行感官品評鑒定。
[0003]長期以來，人們通過自身的感官對飲料等的質(zhì)地進行判斷，而這種判斷常常帶有很強的主觀性，評價分析結(jié)果往往會隨著年齡、經(jīng)驗等不同，存在相當(dāng)大的個體差異。即便同一個人也會由于身體狀況、情緒變化而得出不同結(jié)果。況且嗅覺鑒別是一個揮發(fā)物質(zhì)吸入過程，長期實驗會對人體的健康造成危害，而且某些不良氣味會令品評人員特別敏感而使結(jié)果有誤；另外，感官評價過程中往往需要大量有品評經(jīng)驗的人員組成品評小組，過程較為繁瑣，評價結(jié)果往往不具有重復(fù)性，因此對于新型的分析技術(shù)需求日益迫切。
[0004]公布號為CN101769889A的中國發(fā)明申請，公開了一種農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的電子鼻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括一主要完成對低濃度氣味收集的氣體`富集模塊，一主要把氣味信號轉(zhuǎn)化為電信號的箱體氣路模塊及傳感器陣列，一主要對傳感器陣列輸出信號進行濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、特征提取的傳感器調(diào)理電路域數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，一對信號進行識別和判斷、且?guī)в袛?shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)，一顯示與結(jié)果輸出模塊；所述的氣體富集模塊由裝填有吸附劑的吸附管、電熱絲和溫控裝置構(gòu)成。該發(fā)明也能收集氣體進行識別，但該發(fā)明還存在不足之處:一是功能較單一，不能識別農(nóng)產(chǎn)品以外的其他樣品；而是傳感器對樣品采集方法存在隨機性，影響測試結(jié)果；三是未提出系統(tǒng)對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，以獲得精確結(jié)果的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有靠人體自身器官對飲料樣品揮發(fā)氣體進行檢測，存在主觀差異性，以及對人體有害的技術(shù)問題，提供了一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，包括集氣單元、采氣單元、處理單元和控制單元，所述集氣單元包括氣室、樣品室、第一連通管和第二連通管，氣室和樣品室都具有進口和出口，所述第一連通管連接在氣室出口和樣品室入口之間，所述第二連通管連接在氣室入口和樣品室出口之間，使得氣室和樣品室形成一回型的循環(huán)通路，在所述氣體室內(nèi)設(shè)置有進氣機構(gòu)，在第二連通管上設(shè)置有出氣口，出氣口上設(shè)置有出氣電磁閥，所述采集單元連接到氣室，由氣室內(nèi)采集氣體，處理單元與采氣單元連接，所述進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接，由控制單元控制它們進行工作。本發(fā)明中集氣單元對采集的氣體進行預(yù)處理，將氣體進行循環(huán)流動使得氣體混合更加均勻，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對其他進行稀釋，這樣處理后采集的氣體檢測的數(shù)據(jù)更加精確。該樣品設(shè)置在樣品室內(nèi)，載氣有氣室通入，通過第一連通管和第二連通管，使得載氣在氣室和樣品室之間循環(huán)流動，帶動樣品散發(fā)出的氣體一起循環(huán)流動。設(shè)置出氣口排放氣體，用于對集氣單元進行進行清洗用。采氣單元對樣品氣體進行采樣，輸出信號到處理單元，處理單元對信號進行分析處理，分析出樣品的品質(zhì)。控制單元控制進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元等執(zhí)行元件的工作，使得完成集氣、采氣的步驟。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述樣品室包括抽拉式座體，在座體上設(shè)置有放置樣品的槽體，在座體的上部留有空腔，樣品室出口和入口設(shè)置在樣品室上部，且樣品室出口位于槽體上方位置。本方案中樣品室采用抽屜式，該座體可以抽拉，樣品放在座體上，這樣方便將樣品放入樣品室內(nèi)。在座體上部留有空腔，用于氣體流通用，氣體由入口進入，在空腔內(nèi)流動，帶走樣品散發(fā)的氣體，氣體再有出入流出。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，在第二連通管上還設(shè)置有第一氣泵，所述第一氣泵連接到控制單元上。第一氣泵用于驅(qū)動氣體。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述進氣機構(gòu)包括空氣進氣口、空氣進氣口上設(shè)置有第一電磁閥，第一電磁閥與控制單元連接。第一電磁閥控制空氣進氣口通斷，即控制載氣是否通入?？刂茊卧刂频谝浑姶砰y動作。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述米氣單兀包括米氣吸管和由若干傳感器構(gòu)成的傳感器陣列，各傳感器設(shè)置在一獨立的腔室內(nèi)，所述采氣吸管一端連接在氣室上，在采氣吸管端口上設(shè)置有第五電磁閥，采氣吸管上設(shè)置有第二氣泵，采氣吸管另一端分別連接到各個傳感器的腔室上，各傳感器分別連接在處理單元上，在各傳感器的腔室上還連接有清洗管路，清洗管路上設(shè)置有第六電磁閥和第三氣泵。
[0011 ] 采氣單元連接在氣室上，從氣室內(nèi)采集氣體，控制單元通過控制第五電磁閥，可以控制采氣單元開始或停止采氣。采集的氣體由吸管分別進入到各個傳感器的腔室內(nèi)，傳感器對氣體進行檢測，并將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給處理單元。清洗管路用于通入潔凈空氣，有第三氣泵將空氣泵如各傳感器腔室內(nèi)，對傳感器進行清洗。所述傳感器具有8個，分別為硫化物氣體傳感器、氫氣傳感器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、炭氫組分氣體傳感器、乙醇傳感器、苯類傳感器和烷類傳感器。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，在所述樣品室內(nèi)設(shè)置有攪拌出氣機構(gòu)，攪拌出氣機構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸為空心，轉(zhuǎn)軸與樣品室進口連通，在轉(zhuǎn)軸上連接有攪拌管，攪拌管的中間位置設(shè)置有轉(zhuǎn)軸座，攪拌管通過轉(zhuǎn)軸座安裝在轉(zhuǎn)軸上，構(gòu)成一 T型結(jié)構(gòu)，攪拌管為空心密封管，攪拌管與轉(zhuǎn)軸連通，在攪拌管的端頭的一側(cè)上設(shè)置有若干第一氣孔，在攪拌管的另一端頭與第一氣孔相背的一側(cè)上設(shè)置有若干第二氣孔。該攪拌出氣機構(gòu)沒在樣品溶液內(nèi)，在通氣的情況下可以進行旋轉(zhuǎn)，對溶液樣品進行攪拌，使得樣品混合均勻，且載氣由攪拌出氣機構(gòu)內(nèi)排出，能與樣品揮發(fā)氣體均勻混合，使得檢測更加準確。該攪拌管上兩端頭的第一氣孔和第二氣孔分別朝向相反的方向，這樣在氣體通入后能自動帶動攪拌管繞轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)。
[0013]一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一:設(shè)置實驗環(huán)境溫度15?25°C，濕度為45%_55%，對采氣單元的傳感器陣列進行清洗，將潔凈空氣通入到各傳感器的腔室內(nèi)，運行8-12min，使得各傳感器處于初始狀態(tài)；
[0015]步驟二:對氣體進行預(yù)處理，將待測檸檬茶樣品取20ml，倒入在樣品室內(nèi)，先對集氣單元進行清洗，清洗后由進氣口通入載氣，由氣泵帶動樣品產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體隨載氣在集氣單元內(nèi)循環(huán)20-30min ；
[0016]步驟三:由采氣吸管采集樣品氣體，將氣體排入到各傳感器的腔室內(nèi)，由控制單元控制各傳感器對腔室內(nèi)的氣體進行檢測，檢測時間為40-60S，各傳感器將檢測到的信息發(fā)送給處理單元；
[0017]步驟四:處理單元對信息進行處理得到各個傳感器的響應(yīng)曲線，并在各響應(yīng)曲線上采樣30個點，將各曲線采樣得到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)Input(t)，利用非線性隨機共振模型計算得到信噪比SNR，該非線性隨機共振模型算法如下:
[0018]隨機共振系統(tǒng)包含三個因素:雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，輸入信號和外噪聲源，以一個在雙穩(wěn)態(tài)勢阱中被周期力驅(qū)動的過阻尼布朗運動粒子來描述系統(tǒng)特征，
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征在于:包括集氣單元(I)、采氣單元(28)、處理單元(26)和控制單元(27)，所述集氣單元包括氣室(2)、樣品室(3)、第一連通管(4)和第二連通管(5)，氣室和樣品室都具有進口和出口，所述第一連通管連接在氣室出口和樣品室入口之間，所述第二連通管連接在氣室入口和樣品室出口之間，使得氣室和樣品室形成一回型的循環(huán)通路，在所述氣體室內(nèi)設(shè)置有進氣機構(gòu)，在第二連通管上設(shè)置有出氣口(6)，出氣口上設(shè)置有出氣電磁閥(7)，所述采氣單元連接到氣室，由氣室內(nèi)采集氣體，處理單元與采氣單元連接，所述進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接，由控制單元控制它們進行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征是所述樣品室(3)包括抽拉式座體(20)，在座體上設(shè)置有放置樣品的槽體(21)，在座體的上部留有空腔(22)，樣品室出口和入口設(shè)置在樣品室上部，且樣品室出口位于槽體上方位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征是在第二連通管上還設(shè)置有第一氣泵(18)，所述第一氣泵連接到控制單元(27)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征是所述進氣機構(gòu)包括空氣進氣口(8)、空氣進氣口上設(shè)置有第一電磁閥(12)，第一電磁閥(12)與控制單元(27)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征是所述采氣單元(28 )包括采氣吸管(11)和由若干傳感器(23 )構(gòu)成的傳感器陣列，各傳感器設(shè)置在一獨立的腔室(24)內(nèi)，所述采氣吸管一端連接在氣室上，在采氣吸管端口上設(shè)置有第五電磁閥，采氣吸管上設(shè)置有第二氣泵(19)，采氣吸管另一端分別連接到各個傳感器的腔室上，各傳感器分別連接在處`理單元(26)上，在各傳感器的腔室上還連接有清洗管路，清洗管路上設(shè)置有第六電磁閥(17)和第三氣泵(25)，所述傳感器(23)具有8個，分別為硫化物氣體傳感器、氫氣傳感器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、炭氫組分氣體傳感器、乙醇傳感器、苯類傳感器和烷類傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析裝置，其特征是在所述樣品室(3)內(nèi)設(shè)置有攪拌出氣機構(gòu)，攪拌出氣機構(gòu)包括轉(zhuǎn)軸(29)，轉(zhuǎn)軸為空心，轉(zhuǎn)軸與樣品室進口連通，在轉(zhuǎn)軸上連接有攪拌管(31)，攪拌管的中間位置設(shè)置有轉(zhuǎn)軸座，攪拌管通過轉(zhuǎn)軸座安裝在轉(zhuǎn)軸上，構(gòu)成一 T型結(jié)構(gòu)，攪拌管為空心密封管，攪拌管與轉(zhuǎn)軸連通，在攪拌管的端頭的一側(cè)上設(shè)置有若干第一氣孔(32)，在攪拌管的另一端頭與第一氣孔相背的一側(cè)上設(shè)置有若干第二氣孔(33)。
7.一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的朽1檬茶飲料品質(zhì)分析方法，米用權(quán)利要求1-6任一項描述的裝置，其特征是:包括以下步驟: 步驟一:設(shè)置實驗環(huán)境溫度15~25°C，濕度為45%-55%，對采氣單元的傳感器陣列進行清洗，將潔凈空氣通入到各傳感器的腔室內(nèi)，運行8-12min，使得各傳感器處于初始狀態(tài)； 步驟二:對氣體進行預(yù)處理，將待測檸檬茶樣品取20ml，倒入在樣品室內(nèi)，先對集氣單元進行清洗，清洗后由進氣口通入載氣，由氣泵帶動樣品產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體隨載氣在集氣單兀內(nèi)循環(huán)20_30min ； 步驟三:由采氣單元采集樣品氣體，將氣體排入到采氣單元內(nèi)各傳感器的腔室中，由控制單元控制各傳感器對腔室內(nèi)的氣體進行檢測，檢測時間為40-60s，各傳感器將檢測到的信息發(fā)送給處理單元； 步驟四:處理單元對信息進行處理得到各個傳感器的響應(yīng)曲線，并在各響應(yīng)曲線上采樣30個點，將各曲線采樣得到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)Input(t)，代入非線性隨機共振模型計算得到信噪比SNR，該非線性隨機共振模型算法如下: 隨機共振系統(tǒng)包含三個因素:雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，輸入信號和外噪聲源，以一個在雙穩(wěn)態(tài)勢講中被周期力驅(qū)動的過阻尼布朗運動粒子來描述系統(tǒng)特征，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析方法，其特征是所述閾值庫各閾值為預(yù)先取得，其過程為:預(yù)先取得每類樣品，然后使用分析裝置對每類樣品進行檢測，把檢測數(shù)據(jù)輸入隨機共振模型進行分析，得到信噪比特征值，再對每類樣品進行多次測量，取該類樣品多次得到的信噪比特征值的平均值作為判斷該類樣品的閾值Thr,各類樣品的閾值共同構(gòu)成了閾值庫。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的檸檬茶飲料品質(zhì)分析方法，其特征是對步驟四中的采樣數(shù)據(jù)進行計算性噪比之前先進行歸一化處理，處理過程為:將每個傳感器響應(yīng)曲線采樣到的數(shù)據(jù)作為一組檢測數(shù)據(jù)，將每組檢測數(shù)據(jù)中的采樣值代入公式y(tǒng) = 1g10(χ)計算，χ為歸一化處理前的采樣值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的朽1檬茶飲料品質(zhì)分析方法,其特征是對每組檢測數(shù)據(jù)進行歸一化處理之前先進行異常數(shù)據(jù)處理，其步驟為:每組檢測數(shù)據(jù)中的采樣值
【文檔編號】G01N27/00GK103512920SQ201310333075
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】惠國華, 馬美娟, 詹玉麗, 楊月, 周于人, 杜桂蘇, 邵拓, 蔡艷芳, 許曉嵐, 黃潔, 王敏敏, 李晨迪, 王南露, 周瑤, 顧佳璐, 李曼 申請人:浙江工商大學(xué)