本發(fā)明屬于機械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿豬鼻腔鼻甲骨及鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的仿生電子鼻腔室。

背景技術(shù)：

電子鼻技術(shù)是通過模仿哺乳動物的嗅覺過程，對檢測的氣體樣本做出客觀分析的一種氣體檢測儀器。電子鼻系統(tǒng)能根據(jù)被測氣體的整體信息來建立氣體樣本模式，并與模式識別相結(jié)合來完成對氣體樣本的分類和識別。因此電子鼻系統(tǒng)能對復雜的氣味進行檢測，可以彌補常規(guī)的氣體分析設(shè)備和人工感官分析在氣體應(yīng)用領(lǐng)域缺陷。電子鼻腔室是電子鼻系統(tǒng)的硬件部分，其不僅是傳感器的載體，而且對進入電子鼻氣體的流動方式有很大影響，進而影響到電子鼻的整體性能。

豬的嗅覺十分靈敏，研究人員發(fā)現(xiàn)，豬鼻腔的形狀為前小后大，前、后鼻腔的截面直徑比約為2，豬鼻腔內(nèi)的鼻中隔將鼻腔分隔開，同時豬鼻腔內(nèi)有鼻甲骨，鼻甲骨將鼻流道分隔成不同部分。研究表明：鼻甲骨能對豬鼻腔內(nèi)的氣流進行擾動和引流，從而使氣體快速到達豬鼻的嗅覺感受區(qū)，同時由于豬鼻腔后段鼻甲骨結(jié)構(gòu)變化，使嗅覺感受區(qū)的氣味分子濃度比其他區(qū)域高，從而提高豬的嗅覺能力。

鯊魚在水中游動時的阻力非常小，研究發(fā)現(xiàn)，鯊魚的表皮有順流向排列的v形微溝槽結(jié)構(gòu)，這使得鯊魚體表的流體邊界層的流體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可有效延遲或抑制湍流的轉(zhuǎn)換，從而有效減少鯊魚在游動時的流體阻力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種仿豬鼻腔鼻甲骨及鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的仿生電子鼻腔室，通過模仿豬鼻腔內(nèi)的鼻甲骨結(jié)構(gòu)，在仿生電子鼻腔室內(nèi)設(shè)置類似于鼻甲骨結(jié)構(gòu)的擾流板，增加對腔室內(nèi)待測氣體的引流和擾動；而通過對鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的模仿，在腔室內(nèi)壁、隔板和擾流板表面設(shè)置v形溝槽，減少電子鼻腔室內(nèi)壁及隔板和擾流板對氣體的摩擦阻力；因此待測氣體在腔室內(nèi)能流動得更加平穩(wěn)，減少儀器的振動；同時由于擾流板長度不相等，以及支撐住底部的環(huán)形溝槽，使得氣體在傳感器表面停留時間增加，從而提高檢測精度，使得電子鼻性能有所提高。

本仿生電子鼻腔室是受豬鼻腔鼻甲骨及鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的啟示設(shè)計而成，除了對豬鼻腔的鼻甲骨進行仿生外，還將鯊魚表皮的v型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于腔室的內(nèi)壁，從而提高電子鼻腔室對待測氣體的擾動和引流、減少腔室內(nèi)壁與待測氣體的摩擦阻力，且能在一定程度上減小儀器的振動。

本發(fā)明由仿生腔室殼體a、支撐柱b、隔板組件c、底座組件d和傳感器組e組成，其中傳感器組e包括6個傳感器；底座組件d的底座6固接于仿生腔室殼體a后段3的右端，底座組件d中半錐臺4的頂圓與支撐柱b的右端固接；隔板組件c中6個隔板8的內(nèi)端與支撐柱b中的圓柱體的圓柱面固接，隔板組件c中6個隔板8的外端與仿生腔室殼體a后段3的內(nèi)壁固接；傳感器組e的6個傳感器固接于底座組件d中底座6上的6個孔5。

所述的仿生腔室殼體a由前段1的ab直線、中段2的bc曲線和后段3的cd直線沿仿生腔室殼體a的縱軸線旋轉(zhuǎn)360°而成，仿生腔室殼體a的壁厚h為2-4mm；仿生腔室殼體a的總長l1為100-104mm，前段1長l3為2-5mm，前段1外徑d2為20-24mm；中段2bc曲線的數(shù)學表達式為：當取仿生腔室殼體a縱軸線為x軸，向右為x軸正方向，仿生腔室殼體a縱軸線與仿生腔室殼體a左端面的交點為原點，過原點且垂直于x軸為y軸，向上為y軸的正方向時：

y1＝+23040≤x≤20,0≤y≤14；

y2＝-25620≤x≤48,14≤y≤25；

后段3長l2為46-48mm，后段外徑d1為50-54mm；后段3的內(nèi)壁設(shè)有與仿生腔室殼體a縱軸線平行的v形槽ⅰ11，v形槽ⅰ11的長度與后段3的長度相等，v形槽ⅰ11的橫截面為正三角形，其邊長l14為1-1.5mm，相鄰二v形槽ⅰ11的間距l(xiāng)15為0.8-1.2mm。

所述的支撐柱b的右部為圓柱體，圓柱體直徑d3為8-12mm，圓柱體長l5為54-56mm；支撐柱總長l4為64-68mm；支撐柱b的左端設(shè)有半徑r1為2-3mm的倒角，支撐柱b的倒角和圓柱體之間為圓錐形，其母線與中軸線的夾角α為7°。

所述的隔板組件c包括6個相同的隔板件，每個隔板件均由隔板8、上擾流板9和下擾流板10組成，隔板8、上擾流板9和下擾流板10均為長方體，其中隔板8長和下擾流板10長l8為24-26mm，隔板8高l11為16-18mm，隔板8厚d1為2-4mm；上擾流板9長l9為10-12mm，上擾流板9寬和下擾流板10寬l10為8-10mm，上擾流板厚d3為1-2mm，下擾流板厚d2為1-2mm；上擾流板9固接于隔板8的上部，且二者在寬度方向上互相垂直，上擾流板9的下表面與隔板8底端的間距l(xiāng)13為10-12mm；下擾流板10固接于隔板8的下部，且二者在寬度方向上互相垂直，下擾流板10的下表面與隔板8底端的間距l(xiāng)12為4-6mm；隔板8的寬度兩側(cè)設(shè)有均布的v形槽ⅱ12，v形槽ⅱ12的截面為正三角形，其邊長l16為1-1.5mm，相鄰v形槽ⅱ12的間距l(xiāng)17為0.8-1.2mm；上擾流板9和下擾流板10的寬度兩側(cè)均設(shè)有均布的v形槽ⅲ13，v形槽ⅲ13的截面為正三角形，其邊長l18為0.2-0.4mm，相鄰v形槽ⅲ13的間距l(xiāng)19為0.2-0.3mm。

所述的底座組件d由半錐臺4和底座6固接而成，半錐臺4的底圓直徑d7為24-26mm，半錐臺4的頂圓直徑d6為8-10mm，半錐臺4的高l7為7-9mm；底座6直徑d4為50-54mm，底座6厚l6為10-12mm，底座6中直徑d5為36-40mm，圓上均布有6個孔5，孔5的直徑d8為6-8mm，底座6的邊緣均布有6個半圓孔7，半圓孔7的半徑r2為3-4mm，半圓孔10與其相鄰的孔5之間的夾角β為30°；半錐臺4的斜面沿各圓周上設(shè)有v形槽ⅳ14，v形槽ⅳ14的橫截面為正三角形，其邊長l20為1-1.5mm，相鄰圓周上v形槽ⅳ14的間距l(xiāng)21為0.8-1.2mm。

本發(fā)明的原理和工作過程

本發(fā)明的原理為：豬鼻腔的鼻甲骨結(jié)構(gòu)能夠?qū)饬鳟a(chǎn)生引導作用，使氣流快速通過非嗅覺區(qū)域到達嗅區(qū)，并且在嗅覺區(qū)域?qū)饬鬟M行擾動，增加嗅覺細胞表面氣流的湍流度和氣體停留時間，從而使嗅覺細胞與氣體分子接觸得更加充分，同時接觸的時間也有所增加，從而增加豬嗅覺的靈敏度；在電子鼻腔室內(nèi)設(shè)計擾流板結(jié)構(gòu)后，擾流板能對仿生電子鼻腔室內(nèi)的氣體進行引導，使待測氣體快速通過非檢測區(qū)域到達傳感器表面，并且在傳感器附近與環(huán)形溝槽共同作用，對氣流進行擾動，增加傳感器表面氣流的湍流度和氣體停留時間，從而增加傳感器表面與氣體分子的接觸時間，并且由于傳感器表面附近氣流的湍流度增加，從而使傳感器表面與氣體分子接觸得更加充分，使電子鼻的靈敏度得到提高；鯊魚表皮的順流向排列的v形微溝槽結(jié)構(gòu)能夠使得鯊魚體表的流體邊界層的流體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可有效延遲或抑制湍流的轉(zhuǎn)換，從而有效減少鯊魚表皮的流體阻力，通過在電子鼻腔室的內(nèi)壁、隔板和擾流板表面設(shè)計v形溝槽結(jié)構(gòu)，可以使氣體以層流的形式流經(jīng)這些部件的表面，因此可以減小電子鼻腔室的內(nèi)壁、隔板和擾流板對待測氣體的阻力，同時由于層流比湍流流動的氣體更加平穩(wěn)，因此可以減小氣體對這些部件表面的沖擊，從而減少儀器的振動。

本發(fā)明的工作過程為：當待測氣體以一定速度進入仿生電子鼻腔室后，由于擾流板的引導作用，使待測氣體能夠快速通過非檢測區(qū)域，在傳感器表面由于擾流板和環(huán)形溝槽的共同作用，使傳感器表面與氣體分子接觸得更加充分，同時接觸時間也有所增加，氣體與傳感器表面接觸后，通過底座上的孔排出。

本發(fā)明的有益效果為：上擾流板和下擾流板的長度比為1:2，與豬鼻腔內(nèi)的鼻甲骨長度比一致，能夠引導待測氣體在仿生腔室殼體1快速通過非檢測區(qū)域；仿生腔室的內(nèi)壁均有仿鯊魚表皮的v形溝槽，可以抑制氣體湍流的轉(zhuǎn)換，減少仿生腔室內(nèi)壁對待測氣體的阻力，使待測氣體以更為穩(wěn)定的方式流動，因此能減少儀器的振動；由于上擾流板3和下擾流板4以及環(huán)形溝槽的共同作用，靠近傳感器的待測氣體被擾動，使到達傳感器表面的氣體流速降低，待測氣體的湍流度增加，這不僅能增加了待測氣體與傳感器表面的接觸時間，還能使氣體與傳感器表面接觸得更加充分，從而使傳感器的檢測更加穩(wěn)定準確，使電子鼻系統(tǒng)的性能有所提高。

附圖說明

圖1為仿豬鼻腔鼻甲骨及鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的仿生電子鼻腔室的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為圖1中e-e截面示意圖

圖3為仿豬鼻腔鼻甲骨及鯊魚表皮結(jié)構(gòu)的仿生電子鼻腔室的尺寸標記圖

圖4為支撐柱結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為底座組件主視圖

圖6為底座組件左視圖

圖7為隔板組件主視圖

圖8為隔板組件左視圖

圖9為仿生腔室殼體內(nèi)壁v形槽ⅰ的結(jié)構(gòu)示意圖

圖10為隔板上v形槽ⅱ的結(jié)構(gòu)示意圖

圖11為上、下擾流板上v形槽ⅲ的結(jié)構(gòu)示意圖

圖12為底座組件中圓臺的斜面上v形槽ⅳ的結(jié)構(gòu)示意圖

其中：a.仿生腔室殼體b.支撐柱c.隔板組件d.底座組件e.傳感器組1.前段2.中段3.后段4.半錐臺5.孔6.底座7.半圓孔8.隔板9.上擾流板10.下擾流板11.v形槽ⅰ12.v形槽ⅱ13.v形槽ⅲ14.v形槽ⅳ

具體實施方式

下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明:

如圖1和圖2所示，由仿生腔室殼體a、支撐柱b、隔板組件c、底座組件d和傳感器組e組成，其中傳感器組e包括6個傳感器；底座組件d的底座6固接于仿生腔室殼體a后段3的右端，底座組件d中半錐臺4的頂圓與支撐柱b的右端固接；隔板組件c中6個隔板8的內(nèi)端與支撐柱b中的圓柱體的圓柱面固接，隔板組件c中6個隔板8的外端與仿生腔室殼體a后段3的內(nèi)壁固接；傳感器組e的6個傳感器固接于底座組件d中底座6上的6個孔5。

如圖3所示，仿生腔室殼體a由前段1的ab直線、中段2的bc曲線和后段3的cd直線沿仿生腔室殼體a的縱軸線旋轉(zhuǎn)360°而成，仿生腔室殼體a的壁厚h為2-4mm；仿生腔室殼體a的總長l1為100-104mm，前段1長l3為2-5mm，前段1外徑d2為20-24mm；中段2bc曲線的數(shù)學表達式為：當取仿生腔室殼體a縱軸線為x軸，向右為x軸正方向，仿生腔室殼體a縱軸線與仿生腔室殼體a左端面的交點為原點，過原點且垂直于x軸為y軸，向上為y軸的正方向時：

后段3長l2為46-48mm，后段外徑d1為50-54mm。

如圖4所示，支撐柱b的右部為圓柱體，圓柱體直徑d3為8-12mm，圓柱體長l5為54-56mm；支撐柱總長l4為64-68mm；支撐柱b的左端設(shè)有半徑r1為2-3mm的倒角，支撐柱b的倒角和圓柱體之間為圓錐形，其母線與中軸線的夾角α為7°

如圖5和圖6所示，底座組件d由半錐臺4和底座6固接而成，半錐臺4的底圓直徑d7為24-26mm，半錐臺4的頂圓直徑d6為8-10mm，半錐臺4的高l7為7-9mm；底座6直徑d4為50-54mm，底座6厚l6為10-12mm，底座6中直徑d5為36-40mm，圓上均布有6個孔5，孔5的直徑d8為6-8mm，底座6的邊緣均布有6個半圓孔7，半圓孔7的半徑r2為3-4mm，半圓孔10與其相鄰的孔5之間的夾角β為30°。

如圖7和圖8所示，隔板組件c包括6個相同的隔板件，每個隔板件均由隔板8、上擾流板9和下擾流板10組成，隔板8、上擾流板9和下擾流板10均為長方體，其中隔板8長和下擾流板10長l8為24-26mm，隔板8高l11為16-18mm，隔板8厚d1為2-4mm；上擾流板9長l9為10-12mm，上擾流板9寬和下擾流板10寬l10為8-10mm，上擾流板厚d3為1-2mm，下擾流板厚d2為1-2mm；上擾流板9固接于隔板8的上部，且二者在寬度方向上互相垂直，上擾流板9的下表面與隔板8底端的間距l(xiāng)13為10-12mm；下擾流板10固接于隔板8的下部，且二者在寬度方向上互相垂直，下擾流板10的下表面與隔板8底端的間距l(xiāng)12為4-6mm。

如圖9所示，仿生腔室殼體a中后段3的內(nèi)壁設(shè)有與仿生腔室殼體a縱軸線平行的v形槽ⅰ11，v形槽ⅰ11的長度與后段3的長度相等，v形槽ⅰ11的橫截面為正三角形，其邊長l14為1-1.5mm，相鄰二v形槽ⅰ11的間距l(xiāng)15為0.8-1.2mm。

如圖10所示，隔板8的寬度兩側(cè)設(shè)有均布的v形槽ⅱ12，v形槽ⅱ12的截面為正三角形，其邊長l16為1-1.5mm，相鄰v形槽ⅱ12的間距l(xiāng)17為0.8-1.2mm。

如圖11所示，上擾流板9和下擾流板10的寬度兩側(cè)均設(shè)有均布的v形槽ⅲ13，v形槽ⅲ13的截面為正三角形，其邊長l18為0.2-0.4mm，相鄰v形槽ⅲ13的間距l(xiāng)19為0.2-0.3mm。

如圖12所示，底座組件d中半錐臺4的斜面沿各圓周上設(shè)有v形槽ⅳ14，v形槽ⅳ14的橫截面為正三角形，其邊長l20為1-1.5mm，相鄰圓周上v形槽ⅳ14的間距l(xiāng)21為0.8-1.2mm。