專利名稱：：手持傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是1998年10月23日提交的美國專利申請第09/178,443號的部分連續(xù)申請，是1998年3月20日提交的美國專利申請第09/045,237號部分連續(xù)申請。本申請還是1998年8月27日提交的美國專利申請第09/141,847號的部分連續(xù)申請。本申請還要求1999年3月3日提交的、名稱為“電子鼻裝置”的美國臨時申請第＿＿＿＿號的利益。所有這些申請的全部內(nèi)容通過引用包括在此。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及用便攜式傳感設(shè)備檢測和鑒別分析物。尤其，本發(fā)明涉及便攜式手持電子鼻(e-nose)裝置。電子鼻是一種用來檢測氣體、溶體和固體中蒸氣或化學分析物的儀器。在某些情況下，電子鼻用來模擬哺乳動物的嗅覺系統(tǒng)。一般來說，電子鼻系統(tǒng)具有一個傳感器陣列，其中傳感器與模式識別算法結(jié)合使用。組合化學傳感器，可以產(chǎn)生蒸氣或氣體的專用模式或指紋，由此識別算法可以識別和/或量化感興趣的分析物。因此，電子鼻能夠識別出不知道的化學分析物、氣味和蒸氣。在實踐中，向電子鼻提供諸如氣味或蒸氣等物質(zhì)，然后傳感器將物質(zhì)輸入轉(zhuǎn)換成一種響應(yīng)，例如電學響應(yīng)。然后，將該響應(yīng)與早先已經(jīng)存儲的已知響應(yīng)比較。將未知物質(zhì)的專用化學簽名(signature)與已知物質(zhì)的簽名進行比較，可以確定未知分析物。在對各類氣體和氣味作出響應(yīng)的電子鼻中，可以使用各種傳感器。電子鼻有廣泛的商業(yè)應(yīng)用，包括但不限于環(huán)境毒理學和補救、生物醫(yī)學，例如微有機物分類或檢測、材料質(zhì)量控制、食品和農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測、重工業(yè)制造、環(huán)境空氣監(jiān)測、工人保護、排污控制和產(chǎn)品質(zhì)量測試。在這些應(yīng)用中，有許多應(yīng)用需要便攜裝置，因為需要裝在現(xiàn)場，或者不能接近較大的實驗室臺式裝置。傳統(tǒng)上，大多數(shù)電子鼻都是較大的、笨重的實驗室裝置，不能用于現(xiàn)場和試驗工場。如果有的話，便攜或手持裝置將提供試驗工場和現(xiàn)場所要求的可攜帶能力。不幸的是，迄今已經(jīng)開發(fā)的便攜式化學檢測器存在許多局限，致使它們不能被廣泛接受。例如，頒發(fā)給Neel等人的美國專利第5,356,594號揭示了一種為檢測揮發(fā)性廢物排放而設(shè)計的便攜式揮發(fā)性有機物監(jiān)測裝置。該裝置包括一個條形碼閱讀器，用于調(diào)查排污地點。該裝置包括單個對離子化氣體作出響應(yīng)的傳感器，但該裝置只檢測揮發(fā)性化合物的量(即，濃度)。該裝置不能識別揮發(fā)性的有機化合物。因此，該裝置只是一種蒸氣量記錄器，不是便攜式電子鼻。因此，要求用戶已知被量化蒸氣的身份，或者必須將該信息存儲在別處。頒發(fā)給Stetter的美國專利第4,818,348號揭示了另一例便攜裝置。盡管該便攜裝置比前例更高級，但它仍有許多局限。在此情況下，裝置能夠識別一種氣體或蒸氣，但由于傳感器構(gòu)造的局限，所以應(yīng)用受很大限制。永久性地固定組成陣列的傳感器，因此裝置所能識別的分析物和氣體數(shù)量和種類是非常少的。另外，由于被識別的分析物或蒸氣按不同的量與陣列中的每個傳感器相互作用，所以裝置的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性受很大限制。在識別未知物時，這些局限影響了裝置的精度。鑒于以上分析，本領(lǐng)域需要一種便攜式電子鼻，在某些情況，需要一種手持式電子鼻。另外，需要一種能夠在各種場合下使用的裝置，它能夠精確地對各種氣體、分析物和流體作出響應(yīng)。需要一種非常通用、穩(wěn)定的蒸氣傳感裝置，它能滿足范圍廣泛的工業(yè)和用戶的需要。本發(fā)明能夠滿足這些和其他需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明總體上涉及一傳感設(shè)備(也稱為電子鼻)。該設(shè)備小型化，并且在某些實施例中，被構(gòu)造成一種手持裝置。電子鼻可以用來測量、識別(例如，檢測和/或分類)或者量化諸如蒸氣、液體、氣體、固體等介質(zhì)中的一種或多種分析物。電子鼻的一些實施例至少包括兩個傳感器(即，傳感器陣列)，并且在一些其它的實施例中，大約有2至200個傳感器排成陣列，最好是大約4至50個傳感器排成陣列。電子鼻是通用型的，并且滿足各種工業(yè)中廣泛應(yīng)用的要求。在某些實施例中，裝置被設(shè)計為細長的、具有各種功能的手持式便攜裝置。在一些其它實施例中，裝置被設(shè)計成具有全功能的便攜式現(xiàn)場工具。電子鼻裝置一般包括一個內(nèi)部處理器，用于處理樣品并報告數(shù)據(jù)。可選擇將裝置與一計算機相連，諸如個人計算機，用于存取被建立的和改進的特征，并且傳遞數(shù)據(jù)文件。在一些實施例中，電子鼻裝置的部件安排在模塊中，模塊可以在必要時安裝、交換和替換。例如，如下所述，可以將傳感器模塊、采樣棒或鼻、電池組、過濾器、電子線路和其它部件模塊化。這種模塊設(shè)計提高了使用率，改善了性能，降低了成本，并且提供了附加的靈活性和其它傳統(tǒng)電子鼻裝置中不能獲得的好處。本發(fā)明的具體實施例提供了一種手持傳感設(shè)備，它包括外殼、傳感器模塊、樣品室和分析器。傳感器模塊和分析器安裝在外殼內(nèi)。傳感器模塊至少包括兩個傳感器，傳感器提供不同的特征響應(yīng)或簽名響應(yīng)，而響應(yīng)則可以用來測量、識別(例如，檢測和/或分類)或量化試樣中存在的分析物。樣品室由外殼或傳感器模塊或者兩者來限定，并且樣品室包括一進端和一出端。傳感器位于樣品室內(nèi)或附近。分析器被構(gòu)造成用于分析來自傳感器特定的響應(yīng)，并且根據(jù)特定響應(yīng)識別或量化試樣內(nèi)的分析物。在上述實施例的變化中，手持傳感設(shè)備的外殼包括一插座，并且傳感器模塊可拆卸地安裝在外殼的插座中。在該實施例中，傳感器模塊可以包括一個或多個傳感器。本發(fā)明的另一個具體實施例提供了一種傳感器模塊，該傳感器模塊被構(gòu)造成與傳感設(shè)備一起使用。傳感器模塊位于限定一插座的外殼內(nèi)。傳感器模塊包括盒子、樣品室、進端、出端、至少兩個傳感器和一個電連接器。盒子的大小和結(jié)構(gòu)允許其容納在傳感設(shè)備的插座中。進端被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備的一個連接端進行可解除的嚙合。進端接收來自傳感設(shè)備的試樣，并將試樣導(dǎo)入樣品室。出端被構(gòu)造成從樣品室排放試樣。傳感器位于樣品室內(nèi)或附近，并且被構(gòu)造成當暴露于樣品室內(nèi)一個或多個分析物時提供不同的響應(yīng)。電連接器被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備中配對的電連接器可解除地嚙合。電連接器將來自傳感器的特征信號傳送給傳感設(shè)備。本發(fā)明的又一個具體實施例提供了一種用于測量樣品室內(nèi)一個或多個分析物濃度的手持傳感設(shè)備。該傳感設(shè)備包括兩個或多個化學敏感電阻器、調(diào)節(jié)電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和分析器。每個化學敏感電阻器的電阻都根據(jù)樣品室內(nèi)一個或多個分析物的濃度而變化。調(diào)節(jié)電路與化學敏感電阻器連接，并且產(chǎn)生一個表示電阻器電阻的模擬信號。ADC與調(diào)節(jié)電路相連，并且響應(yīng)于模擬信號提供一數(shù)字信號。分析器與ADC相連，并且根據(jù)該數(shù)字信號確定樣品室內(nèi)分析物的身份或濃度。本發(fā)明的再一個具體實施例提供了一種手持式蒸氣傳感設(shè)備，它包括傳感器模塊，所述傳感器模塊包括一插入式蒸氣傳感器陣列，對一種或多種不同的蒸氣提供不同的電氣響應(yīng)。設(shè)備包括手持式外殼，并且可選擇地將傳感器模塊可拆卸地安裝在外殼內(nèi)的插座中。傳感器模塊限定了一個樣品室，傳感器模塊的蒸氣傳感器陣列暴露于樣品室。樣品室包括一個蒸氣進口和一個蒸氣出口，并且將一個泵安裝在外殼內(nèi)，引導(dǎo)蒸氣樣品從蒸氣進口通過樣品室到達蒸氣出口。監(jiān)測裝置也安裝在外殼內(nèi)，用于監(jiān)測蒸氣傳感器陣列的電氣響應(yīng)，并且產(chǎn)生多個相應(yīng)的傳感器信號。另外，分析器被安裝在外殼內(nèi)，用于分析多個傳感器信號，并且識別由泵引導(dǎo)通過樣品室的任何蒸氣樣品。在本發(fā)明更詳細的特征中，手持式蒸氣傳感設(shè)備還包括一控制器或處理器，它用于控制泵，以便引導(dǎo)多種參考蒸氣中的一種蒸氣或未知蒸氣樣品通過樣品室。當控制器正在控制泵，引導(dǎo)多種參考蒸氣中的一種蒸氣通過樣品室時，監(jiān)測裝置監(jiān)測蒸氣傳感器陣列的電氣響應(yīng)，產(chǎn)生一參考簽名。然后，當控制器正控制泵，引導(dǎo)未知蒸氣樣品通過樣品室時，監(jiān)測裝置監(jiān)測蒸氣傳感器陣列的電氣響應(yīng)，產(chǎn)生一蒸氣樣品簽名。然后，分析器將蒸氣樣品簽名與多個參考簽名比較，識別出未知蒸氣樣品。在本發(fā)明的其它更詳細的特征中，手持式蒸氣傳感設(shè)備的樣品室由傳感器模塊單獨限定，并且將樣品室密封，使其與外界環(huán)境隔離，除了蒸氣進口和蒸氣出口。另外，每個傳感器模塊都包括多個第一電連接器和多個基本上具有相同大小和形狀的裝置，這些裝置一起支持蒸氣傳感器陣列，并且每個裝置都沿其一個邊緣包括第二電連接器，用于與第一電連接器中的一個配對嚙合。在本發(fā)明另一些更詳細的特征中，手持式蒸氣傳感設(shè)備還包括一電路，該電路控制蒸氣傳感器陣列的溫度。另外，當傳感器模塊可拆卸地安裝在外殼的插座中時，模塊帶有一標識符，用于標識其所帶的蒸氣傳感器，并且監(jiān)測器還被構(gòu)造成用于讀取由容納在插座中的傳感器模塊所攜帶的標識符。在一實施例中，傳感器用化學敏感電阻器來實現(xiàn)，電阻器的電阻根據(jù)樣品室內(nèi)一種或多種規(guī)定蒸氣的濃度而變化。這些化學敏感電阻器每一個都與分立的參考電阻器串聯(lián)，并且連接在參考電壓和地之間，致使為每個化學敏感電阻器建立一模擬信號。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于這些模擬信號和參考電壓，產(chǎn)生表示各種化學敏感電阻器之電阻的數(shù)字輸出信號?？梢园◤?fù)用器，用于按順序?qū)⒏鞣N模擬輸出信號與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。另外，分析器響應(yīng)于數(shù)字輸出信號，確定樣品室內(nèi)是否存在一種或多個規(guī)定的蒸氣和/或其濃度。結(jié)合附圖，通過以下較佳實施例的描述，應(yīng)該清楚本發(fā)明的其它特征和長處。作為舉例，了本發(fā)明的原理。附圖概述圖1示出了操作人員使用本發(fā)明電子鼻裝置的情況。圖2A和2B分別是電子鼻裝置一實施例的透視頂視圖和底視圖。圖3A示出了電子鼻裝置另一實施例的6個透視圖。圖3B示出了圖3A電子鼻裝置中鼻的四個不同的實施例。圖4示出了電子鼻裝置子系統(tǒng)的一個實施例。圖5是透視分解圖，示出了圖2A中電子鼻裝置的一些主要部件。圖6A和圖6B是透視分解圖，示出了電子鼻裝置機械子系統(tǒng)的兩個實施例。圖6C是透視分解圖，示出了濾波器的一個實施例。圖7A和圖7B分別是透視圖和頂部截面圖，示出了一個傳感器模塊實施例，該傳感器模塊在兩個樣品室內(nèi)包括四個傳感器裝置。圖7C是傳感器陣列裝置的透視圖。圖8A和8B分別是透視圖和頂部截面圖，示出了另一個傳感器模塊實施例，該傳感器模塊在單個樣品室內(nèi)包括四個插入式傳感器裝置。圖9A-9C分別是透視圖、側(cè)視截面圖和頂部的部分截面圖，示出了又一個傳感器模塊實施例，該傳感器模塊包括單個傳感器陣列裝置。圖10示出了電子鼻裝置的各種附件。圖11是一透視圖，示出了在充電座上垂直放置且與主計算機耦連的電子鼻裝置。圖12A示出了電子鼻裝置內(nèi)電路的實施例。圖12B示出了用來測量化學敏感電阻器之電阻的分壓網(wǎng)實施例。圖12C示出了電子鼻裝置內(nèi)電路的另一個實施例。圖13A-13G是合適流程圖的實施例，示出了在執(zhí)行測量和分析過程中，電子鼻裝置所完成的功能步驟。圖14示出了電子鼻裝置菜單選擇的實施例。圖15示出了用本發(fā)明的手持設(shè)備對一系列酯的響應(yīng)進行主要成份分析。具體實施例的描述圖1示出了使用本發(fā)明電子鼻裝置100的操作人員。在圖1所示的實施例中，電子鼻裝置100是便攜的手持儀器，用于檢測一具體樣品中是否存在一種或多種特定的分析物。如這里所使用的，樣品是一個單位的蒸氣、液體、溶體、氣體、固體或其它形式的分析物質(zhì)，以及它們的混合物。因此，樣品包括化學分析物、氣味、蒸氣和其它。樣品可以包括單種分析物或者多種分析物。在圖1中，電子鼻裝置100用于工業(yè)監(jiān)視和檢測，即識別和量化從工業(yè)閥門裝置中溢出的有害氣體。圖2A是一頂部透視圖，示出了電子鼻裝置100a的一個實施例。電子鼻裝置100a包括一個伸長的外殼110a，外殼的底端尺寸便于操作人員用手握持。顯示器120a和幾個按鈕控制開關(guān)122a-122c位于外殼的正面，以便于操作人員觀察和接觸。在裝置的各種操作模式期間，用按鈕開關(guān)122控制裝置。顯示器120a顯示操作模式和裝置檢測結(jié)果之類的信息。管狀采樣棒130和排出端134分別用來接收和排放被分析的樣品。采樣棒還稱為鼻或嘴。圖示表明，插入式傳感器模塊150a安裝在位于電子鼻裝置100a之底座的插座內(nèi)。對傳感器模塊150a的操作將在以下作詳細描述。位于外殼110a之底端110a的電連接器126允許與主計算機通信，并且電接觸頭128允許施加外部電力，用于操作電子鼻裝置并且對電子鼻裝置內(nèi)的可充電電池充電。圖2B示出了電子鼻裝置100a的底部透視圖。如圖2B所示，將一采樣棒130a1適當固定，并且將第二采樣棒130a2貯備在位于裝置100a后面的伸長凹槽162內(nèi)。不用時，采樣棒130a可以貯藏起來，并且用一對彈性夾164a和164b可釋放地固定在適當?shù)奈恢谩D示表明，插入式傳感器模塊150a已從其插座152上取下。圖3A示出了電子鼻裝置另一個實施例100b的六個透視圖。電子鼻裝置100b包括鼻130b、顯示器120b和一組按鈕124。與電子鼻裝置100a類似，電子鼻裝置100b中的鼻130b與外殼110b作可拆卸的耦連。一組連接器127允許與外界裝置和系統(tǒng)互連。圖3B示出了鼻130c-130f的四個不同的實施例。如這些例子所說明的，為了提高在特殊應(yīng)用中的性能，可以對鼻進行特殊的尺寸設(shè)計。圖4示出了電子鼻100之子系統(tǒng)的實施例。圖4的上半部分示出了電氣子系統(tǒng)410，下半部分示出了用于處理試樣的子系統(tǒng)412(即，基本上是機械子系統(tǒng))。在子系統(tǒng)412內(nèi)，試樣通過鼻430接收，并提供給集管440。類似地，通過進端432接收參考或本底樣品，并通過過濾器436提供給集管440。過濾器436可以是一個空的過濾器、碳過濾器或其它過濾器。集管440將試樣和參考樣品引向螺線管444，螺線管444選擇一個樣品作為其輸出。被選中的樣品通過集管440引向傳感器模塊450。傳感器模塊450至少包括兩個傳感器，它們用于檢測被選樣品中的分析物。傳感器模塊450產(chǎn)生一個表示被檢測分析物的信號(或者“簽名”)，并將該信號提供給電氣子系統(tǒng)410。然后，將被選樣品從傳感器模塊450，通過集管440，再通過泵460提供給排氣端434。圖4中的鼻430、進端432、排氣端434和傳感器模塊450一般分別對應(yīng)于圖2A中的鼻130a、進端132、排氣端134和傳感器模塊150a。圖4示出了子系統(tǒng)412的實施例。子系統(tǒng)412中還可以包括許多其它的部件和裝置(未圖示)。另外，對于實現(xiàn)本發(fā)明來說，圖4所示的所有部件和裝置不都是必要的。另外，可以按不同于圖4所示的結(jié)構(gòu)安裝各部件和裝置。例如，可以將泵460代替排氣端434與螺線管444的輸出耦連。如圖4實施例所示，電氣子系統(tǒng)410包括PCB組件470，該PCB組件470與顯示器472、電池組474、鍵板476、模擬端478、接口480以及開關(guān)482a和482b互連。顯示器474可以是液晶顯示器(LCD)，并且可以包括背后照明控制器驅(qū)動器和(可選擇的)觸墊(touchpad)。提供了對比度調(diào)節(jié)機構(gòu)，以便調(diào)節(jié)顯示器472。電氣子系統(tǒng)410將在下面作進一步的詳細描述。圖5是一透視分解圖，示出了電子鼻裝置100a的一些主要部件。圖5還描繪了子系統(tǒng)412a的一個實施例。在使用過程中，將電子鼻100a構(gòu)造成，通過采樣棒130a從感興趣的位置(即，與圖1中閥門裝置相鄰的空間)吸入試樣(即，蒸氣、液體或氣體介質(zhì))，并通過安裝在插座152中的插入式傳感器模塊150a引導(dǎo)該樣品。在通過端口512a和512b穿過傳感器模塊150a之后，通過位于裝置側(cè)面的排氣端134向外引出樣品。在裝置各種操作模式期間的特殊時刻，通過進端132吸入?yún)⒖紭悠?，將參考樣口傳過傳感器模塊150a，然后通過排氣端134釋放。裝置的外殼110a可以由模制塑料制成，并且包括上半部分112a和下半部分112b。裝置的許多內(nèi)部部件方便且有效地安裝在一印刷電路板(PCB)510上，PCB510基本上穿過裝置的內(nèi)部容積。顯示器120a安裝在PCB的頂端，通過形成于外殼之上半部分112a的孔520可以看見顯示器。按鈕控制開關(guān)122a-122c安裝在顯示器120a的下方，其位置使得它們可以從外殼上半部分112a中形成的大小相應(yīng)的開口522中伸出。閥門裝置540安裝在PCB510的下方，用于接收通過采樣棒130a吸入電子鼻裝置100a的試樣，以及通過進端132吸入的參考樣品。試樣通過管子532從采樣棒130a引入閥門裝置，而干凈樣品通過管子534從進端132引入閥門裝置。閥門裝置540被構(gòu)造成，可以從通過采樣棒130a或進端132進入的兩種源中選出一種源。從閥門裝置540出發(fā)，通過管子536將來自所選源的樣品引向插座152，通過插座152到達位于PCB上方的傳感器模塊150a。經(jīng)過傳感器模塊分析之后，通過管子538將樣品引導(dǎo)到位于PCB下方的泵560。最后，通過管子562將樣品從泵560引導(dǎo)到排氣端134，將樣品從裝置中排出。另一種方法是，將泵560安置在閥門裝置540和傳感器模塊150a之間的路徑上。在一實施例中，與被處理樣品接觸的部件(包括管子532、534、536、538和562)由惰性或無腐蝕性材料制成，例如聚四氟乙烯、不銹鋼或涂聚四氟乙烯的金屬等。圖5中的閥門裝置540一般地對應(yīng)于圖4的集管440和螺線管444，而泵560對應(yīng)于泵460。在某些方面，本發(fā)明的手持設(shè)備包括一個可選擇的預(yù)濃縮器。有利地，對于某些分析物，諸如高蒸氣壓分析物，可以將分析物濃縮到吸收劑上。預(yù)濃縮器可以用來提高試樣中分析物的濃度。預(yù)濃度器是由吸收材料組成的捕集器。在使用時，吸收材料從濃縮在吸收劑表面上的氣體樣品中吸收分子。接著，“解吸”樣品并進行分析。合適的預(yù)濃縮材料包括但不限于聚合物吸收材料、未硅烷化的玻璃絨、聚四氟乙烯或者多孔玻璃纖維，以及類似的物質(zhì)。將吸收材料裝填在一管子中，諸如鋼管。在使用期間，將樣品吸入捕集器，濃縮感興趣的部分。在一些情況下，用一根電線纏繞管子，電線通電致熱，由此解吸試樣。然后，將樣品傳遞到包含傳感器的模塊中。預(yù)濃縮器可以安放在采樣棒和傳感器模塊之間的各種位置上。在某些方面，可以將預(yù)濃縮器放在裝置的管口，或者放在集管中，或者傳感器模塊上游的其它便利位置上。例如，可以將預(yù)濃縮器放置在閥門裝置540內(nèi)，或者藏在與閥門裝置耦連的裝置(圖5中未示出)中。可選擇地，將附加閥門安裝在裝置中，以便于預(yù)濃縮和檢測。預(yù)濃縮器中使用的、市場上可買到的合適的吸收材料包括但不限于TenaxTA、TenaxGR、Carbotrap、CarbopackB和C、CarbotrapC、CarbosieveSIII、Porapak、Spherocarb及其組合。較佳的吸收組合包括但不限于TenaxGR和CarbopackB；CarbopackB和CarbosieveSIII；以及CarbopackC和CarbopackB和CarbosieveSIII或Carboxen1000。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員知道其它合適的吸收劑。電子鼻裝置100的操作由處理器控制，處理器位于安裝在PCB510之上方的電子單元570內(nèi)。電子單元570還包括一個或多個存儲裝置，用于存儲程序代碼、數(shù)據(jù)和其它配置信息。電子單元以及對電子鼻裝置的控制將在后面作更詳細的描述。圖6示出了另一個子系統(tǒng)實施例412b的透視分解圖。子系統(tǒng)412b包括一集管640a,集管640a安裝在集管密封板642a上。集管640a包括用于固定閥(或螺線管)644a的配件、用于固定傳感器模塊650a的配件，以及用于固定泵660a的配件。樣品通過集管640內(nèi)的空腔和管子(示圖示)在各種子組件(例如，閥644a、傳感器模塊650a和泵660a)之間傳輸。集管640a還包括一凹陷的開口648a，用于容納過濾器636a。圖6B示出了又一個子系統(tǒng)實施例412c的透視分解圖。子系統(tǒng)412c包括集管640b，集管640b通過密封板襯墊644b固定在集管密封板642b上。集管640b包括用于固定閥(或螺線管)644b的配件，以及用于固定泵660b的配件。過濾器盒646b位于集管640b的頂部，并且包括一凹陷的開口648b，用于容納過濾元件。過濾器的蓋子636b蓋住凹陷的開口648b，并且O形環(huán)638b用于密封過濾器。樣品通過集管640b內(nèi)的空腔以及管子(未圖示)在各種子組件(例如，閥門644b和泵660b)之間傳遞。圖6A和6B中的過濾器636、集管640、閥644、傳感器模塊650和泵660分別對應(yīng)于圖4中的過濾器436、集管440、螺線管444、傳感器模塊450和泵460。圖6C是過濾器實施例的透視分解圖。過濾器包括圓形底部單元680，該底部單元680包括外壁682和內(nèi)壁686。外壁682內(nèi)開有一組小的開口，用于將樣品吸入過濾器。內(nèi)部圓環(huán)684遮住內(nèi)壁686，并且內(nèi)壁686中開有另一組小的開口，用于從過濾器中取出樣品。用于過濾樣品的過濾材料(例如，炭)放在外壁和內(nèi)壁之間的空間內(nèi)。O形環(huán)638b用來密封過濾器。圖7A-7B分別是傳感器模塊實施例150b的透視圖和頂部截面圖。傳感器模塊150b在兩個樣品室710a和710b內(nèi)包括四個傳感器裝置。在圖7A和圖7B中，傳感器模塊150b被構(gòu)造成不能可拆卸地與PCB固定，但在另一種情況下可以將傳感器模塊構(gòu)造成插入式模塊，諸如傳感器模塊150a。在具體的實施例中，傳感器模塊150b包含四個插入式傳感器陣列裝置720，每個傳感器陣列裝置都包括八個化學敏感的傳感器740。傳感器模塊150b可以包括更多或更少的傳感器陣列裝置，并且每個傳感器陣列裝置可以包括更多或更少的傳感器。四個傳感器陣列裝置720成對地垂直安裝在一塊板730上。帶一對細長凹槽的蓋子732固定在板730上，以便確定兩個分離的樣品室710a和710b，一個樣品室用于每一對傳感器陣列裝置720。傳感器陣列裝置720的形狀和大小相同，并且每個傳感器陣列裝置720可以安裝在四個連接器或插座722的任何一個上，其中連接器或插座形成于板730中。圖7C是一個傳感器陣列裝置720的透視圖。在一實施例中，每個傳感器陣列裝置720都包括一個由八個化學敏感傳感器740組成的陣列，其中當每個化學敏感傳感器740暴露于待檢測的、試樣運載的分析物時，它們都會提供特定的性能響應(yīng)。在一實施例中，用對化學敏感的電阻器實現(xiàn)傳感器，其中當化學敏感電阻器暴露于試樣時，它會提供特定的電阻。多觸頭電連接器742沿傳感器陣列裝置720的下緣布置，并且被構(gòu)造成可以插入四個插座722中的一個。頒發(fā)給NathanS:Lewis等人的美國專利第5,575,401號揭示了這種合適的傳感器陣列，該專利的發(fā)明名稱為“用于檢測液體中分析物的傳感器陣列”，其內(nèi)容通過引用包括在此。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，也可以使用其他各種對化學敏感的傳感器或裝置。如圖7B所示，試樣從進端750引入，通過傳感器模塊150b，然后通過兩個樣品室710a和710b，到達出端760。傳感器陣列裝置720經(jīng)布置，使得試樣橫向移過外露的化學敏感傳感器。如圖7B所示，將擋板762和764分別放置在每個樣品室的前端和尾端，以便幫助提供有效的氣流模式。圖8A和圖8B分別是傳感器模塊另一實施例150c的透視圖和頂部截面圖。傳感器模塊150c在單個腔體或樣品室810內(nèi)包括四個插入式傳感器裝置820。樣品室810由固定在板830上的蓋子832部分限定。該結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)計，可以為樣品室內(nèi)的試樣提供較長的停留時間，這在一些應(yīng)用中是有利的。與圖7A和7B中傳感器陣列裝置720上包括的化學敏感傳感器一樣，圖8A和8B中傳感器陣列裝置820上包括的化學敏感傳感器可以采用美國專利第5,575,401號所揭示的陣列形式。本本領(lǐng)的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，也可以使用其它各種化學敏感傳感器或裝置。圖9A和9B是傳感器模塊又一個實施例150d的透視圖和側(cè)視截面圖。傳感器模塊150d包括單個傳感器陣列裝置920。在一具體的實施例中，傳感器陣列裝置920包括32個按兩維格柵布置的化學敏感傳感器，一般沿水平方向固定在插座922上。當然，傳感器陣列裝置920可以包括更多或更少的傳感器。屏障924(見圖9B和9C)覆蓋在傳感器陣列裝置920上，并且在一實施例中，屏障924包括一個分離的開口926，用于覆蓋每一個化學敏感傳感器。屏障924與蓋子932固定，屏障與蓋子的結(jié)合限定了一個上室934和一個下室936。如圖9B所示，待分析試樣從進端950引入上室934，然后從上室通過屏障924進入下室936，在下室中試樣流過化學敏感傳感器。然后，試樣通過出端960排出。同樣，應(yīng)該理解，還可以使用其它各種對化學敏感的傳感器和裝置。本發(fā)明的電子鼻裝置包括一個傳感器陣列，并且在某些情況下，使用了美國專利第5,571,401號所描述的傳感器。各種適于檢測分析物的傳感器包括但不限于聲表面波(SAW)傳感器；石英微量天平傳感器；導(dǎo)電復(fù)合物；化學電阻器；金屬氧化物氣體傳感器，諸如氧化錫氣體傳感器；有機氣體傳感器；金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)；壓電器件；紅外線傳感器；燒結(jié)金屬氧化物傳感器；Pd門MOSFET；金屬FET結(jié)構(gòu)；金屬氧化物傳感器，諸如Tugushi氣體傳感器；酞菁傳感器；電化電池；導(dǎo)電聚合物傳感器；催化氣體傳感器；有機半導(dǎo)體氣體傳感器；固體電解質(zhì)氣體傳感器；壓電石英晶體傳感器；和Langmuir-Blodgett薄膜傳感器。在一較佳實施例中，本發(fā)明的傳感器是美國專利第5,571,401號所揭示的，該專利的內(nèi)容通過引用包括在此。概括地說，這里所描述的傳感器是按導(dǎo)電和不導(dǎo)電區(qū)矩陣布置的導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料。非導(dǎo)電材料可以是諸如聚苯乙烯等非導(dǎo)電的聚合物。導(dǎo)電材料可以是導(dǎo)電的聚合物、炭黑、無機導(dǎo)體等。傳感器陣列至少包括兩個傳感器，一般大約包括32個傳感器，并且在某些情況下，會包括1000個傳感器?？梢杂冒雽?dǎo)體技術(shù)在集成電路上形成傳感器裝置陣列。PCT專利申請WO99/08105揭示了一個例子，該專利申請的名稱為“用于分析物檢測的技術(shù)和系統(tǒng)”，于1999年2月19日公開，其內(nèi)容通過引用包括在此。在某些情況下，本發(fā)明的手持裝置包括一個聲表面波(SAW)傳感器陣列，最好是涂聚合物的SAW傳感器陣列。SAW裝置在陣列中包括多達6個但一般約為4個傳感器。可選擇地，SAW裝置包括一個帶加熱器的預(yù)濃縮器，用于解吸樣品。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解的，組成本發(fā)明陣列的傳感器可以用上述各種類型的傳感器構(gòu)成。例如，傳感器陣列可以包括導(dǎo)電/非導(dǎo)電區(qū)傳感器、SAW傳感器、金屬氧化物氣體傳感器、導(dǎo)電聚合物傳感器、Langmuir-Blodgett薄膜傳感器及其組合。圖10示出了電子鼻裝置的各種附件。箱子1010為運送電子鼻裝置及其附件提供方便。電源線1012和車用軟線1014都可使電子鼻裝置與電源(即，墻上插座或車燈)互連，以便對電子鼻裝置內(nèi)的可充電電池充電。這些軟線允許在沒有電池的情況下操作電子鼻裝置。托架或支架1016將電子鼻裝置保持在所需的位置上。原電池或備用電池1018允許在不連接電源的情況下使用電子鼻裝置。串行電纜1020和模擬電纜1022用于將電子鼻與個人計算機或其它測試設(shè)備互連。提供觸筆1024，與觸摸屏一起使用。還提供一個或多個嘴，作為備用，或者用于特定的場合?？梢杂脴悠纷⑸涔苁占嚇印D11是電子鼻100的透視圖，其中電子鼻100垂直安裝在充電座1108上，并且與主機1110耦連。充電座1108通過電觸頭128(參見圖2A和2B)對電子鼻裝置100的可充電電池充電。電子鼻裝置100還通過數(shù)據(jù)線1120與主機1110耦連。主機1110用各種信息更新電子鼻裝置100，諸如裝置所暴露的各種目標蒸氣的身份等，并且從裝置中獲取信息，諸如裝置樣品分析的結(jié)果。圖12A示出了電子鼻100內(nèi)的電路實施例。在一實施例中，電路測量化學敏感電阻器陣列的電阻，并且處理這些測量結(jié)果，以識別和量化試樣，其中化學敏感電阻器安裝在傳感器陣列裝置上(參見圖7-9)。該電路部分安裝在PCB上，并且包括處理器1210、易失性存儲器(標為RAM)1212、非易失性存儲器(標為ROM)1214，以及時鐘電路1216。在使用插入式傳感器模塊150a的實施例中(參見圖2A和5)，化學敏感電阻器通過配對的電連接器552a和552b(參見圖5)與電路耦連，當傳感器模塊150a插入電子鼻裝置100a時，電連接器嚙合。用于實現(xiàn)傳感器的化學敏感電阻器一般具有大于1千歐姆(KΩ)的基線電阻值。這些基線值可以隨時間作+50％的變化。例如，一特定的化學敏感電阻器的基線電阻在15KΩ和45KΩ之間改變。如此大的電阻值變化能力給電阻測量電路的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。另外，電阻變化與初始基線電阻的比，即ΔR/R表示分析物的濃度，它可以非常小(即，百萬分之幾百數(shù)量級，即0.01％)。同樣，如此小的變化量給測量電路的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。另外，一些傳感器模塊實施例包括多個(例如，32個)化學敏感電阻器，并且希望用復(fù)雜性最小的電路測量所有電阻器的電阻值。圖12B示出了用于測量化學敏感電阻器1220之電阻的分壓網(wǎng)實施例?；瘜W敏感電阻器(Rch)1220與參考電阻器(Rref)1222串聯(lián)連接，形成一個分壓網(wǎng)絡(luò)。在一實施例中，形成許多分壓網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)用于一個化學敏感電阻器，并且每個網(wǎng)絡(luò)都包括一個與相應(yīng)參考電阻器串接的化學敏感電阻器。參考電阻器經(jīng)選擇，具有相對較小的溫度系數(shù)。在另一個實施例中，將單個參考電阻器與所有化學敏感電阻器相連。返回來參照圖12A，電源1224向分壓網(wǎng)提供預(yù)定的參考電壓(Vref)，致使每個化學敏感電阻器電阻值的微小變化會引起網(wǎng)絡(luò)輸出電壓可檢測的變化。通過適當?shù)剡x擇參考電阻器的值，可以限制流過每個化學敏感電阻器的電流，例如限制其小于大約25微安(μA)。此少量的電流會降低1/f噪聲量，并且改善性能。通過復(fù)用器(MUX)1226將來自分壓網(wǎng)的模擬電壓提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)1230。MUX1226按順序選擇傳感器模塊上的化學敏感電阻器?？蛇x擇地，數(shù)字化之前，用低噪聲測量放大器1228放大電壓，以便改善ADC的性能，并提高鑒別率。在一實施例中，ADC1230是22位(或更高)的Δ-ΣADC，它具有很寬的動態(tài)范圍。這允許將低噪聲放大器1228設(shè)置成固定的增益(即，使用單個高精度的電阻器)。市場上可買到的低成本的Δ-ΣADC可以達到大約每通道1毫秒的采樣速度。在一個實施例中，由電源1224提供給分壓網(wǎng)的參考電壓還提供給ADC1230的參考輸入端。在內(nèi)部，ADC1230將分壓網(wǎng)輸出電壓與此參考電壓比較，并產(chǎn)生數(shù)字化的樣值。利用該方案，可以大大地減小因參考電壓變化而引起的對分壓網(wǎng)輸出電壓的不利影響。將來自ADC1230的數(shù)字化樣值提供給處理器1210，作進一步處理。處理器1210還將定時信號提供給MUX1226和ADC1230。對數(shù)據(jù)采集的定時還可以通過串行鏈路提供給ADC，以及通過選擇線提供給MUX。圖12C示出了電子鼻裝置100內(nèi)的電路的另一實施例。在圖12C中，提供了4個8通道復(fù)用器(MUX)1256a-1256d，以增加靈活性。MUX1256的輸入端與分壓網(wǎng)(未圖示)相連，MUX1256a-1256d的輸出端分別與4個放大器1258a-1258d相連。MUX1256的選擇線是由處理器控制的。使用外部MUX可以提供較低的接通電阻，并且切換速度較快。放大器1258的輸出端與ADC1260的四個輸入端相連。每個放大器1258都是差動放大器，差動放大器具有一參考(即，倒相)輸入端，該輸入端與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)1262相連。通過ADC1260測量放大器的DC偏移并且引導(dǎo)DAC1262提供合適的偏移校正電壓，處理器1250可以控制該偏移。考慮到DC漂移(即，化學敏感電阻器之基線電阻的漂移)，可以在實際測量之前調(diào)整偏移。通過將ADC1260放置在板上并且使用差動MUX，還可以保持電學穩(wěn)定。在圖12A和12C的實施例中，放大器與分壓網(wǎng)一起使用，用以檢測電阻值的PPM變化?？梢钥闯?，增益50可以檢測單個PPM的增加。在圖12C中，放大器1258還將待采樣信號與ADC1260的全程輸入信號匹配。此匹配可以通過(用DAC1262)減去DC分量并且放大AC分量來實現(xiàn)。因此，即使用變化為+50％的基線電阻，也可以檢測到單個PPM的變化。在圖12A和12C中，用來測量電阻值的ADC可以用高分辨率的Δ-ΣADC來實現(xiàn)。Δ-ΣADC的高分辨率與上述傳感器偏壓方案相結(jié)合，可以提供較高的靈活性和精度。目前可以獲得的Δ-ΣADC可以在10Hz處提供20位或更多位的有效分辨率，在1000Hz處提供16位分辨率，這里功耗低至1.4mW。在一實施例中，Δ-ΣADC包括差動輸入、可編程放大器、片內(nèi)校正和串行外圍接口(SPI)兼容性。在一實施例中，ADC內(nèi)部差動MUX(1)相對地進行構(gòu)造，以便提高測量的有效分辨率；并且(2)相對參考電壓進行構(gòu)造，以便獲得高精度測量，提高電路穩(wěn)定性，并且提供比例測量機制。來自ADC的狀態(tài)信號表示何時安置了內(nèi)部數(shù)字過濾器，從而提供指示，以選擇下一個模擬通道進行數(shù)字化。在圖12A和12C中，處理器1210和1260被構(gòu)成專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、控制器、微處理器和其他為實現(xiàn)上述功能而設(shè)計的電路。提供一個或多個存儲裝置，用以存儲程序代碼、數(shù)據(jù)和其它配置信息，并且將存儲裝置安裝在處理器的附近。合適的存儲裝置包括隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、閃存存儲器、只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦可編程PROM(EEPROM)和其它存儲技術(shù)。存儲器的容量依賴于應(yīng)用情況，并且可以很容易按需要擴充。在一實施例中，處理器執(zhí)行用于調(diào)整電子鼻裝置各種操作的程序代碼。程序代碼包括互作用軟件，該軟件幫助用戶選擇操作模式和方法，并且起動試驗。在電子鼻裝置完成試驗或操作后，可選擇向用戶提供簡明的結(jié)果。在裝置包括一處理器和一內(nèi)置算法的實施例中，裝置可以提供復(fù)雜的功能和能力。在提供簡化電子線路的實施例中，可選擇設(shè)置電子鼻的復(fù)雜功能和能力，并用基于PC的軟件通過主機驅(qū)動這些功能和能力。處理器還可以為傳感器模塊中的每個個別傳感器陣列裝置提供溫度控制。在實施過程中，每個傳感器陣列裝置可以包括一個位于背側(cè)的加熱器。另外，處理器可以通過用合適的電熱裝置(未圖示)加熱或者冷卻，來控制樣品室(例如，圖7A中的室710a和710b)的溫度。在處理器收集到表示一組對于一特定未知試樣的可變電阻測量結(jié)果數(shù)據(jù)之后，處理器將該數(shù)據(jù)與存儲器(即RAM1212或ROM1214)存儲的、表示-組早先收集標準的數(shù)據(jù)比較。此比較有助于識別樣品室中存在的分析物，并且確定此類分析物的量或濃度，并且檢測此身份和量的瞬時變化。適合識別分析物和量化濃度的各種分析包括主要成份分析、Fischer線性分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯、模式識別和其它算法。在結(jié)束分析之后，在顯示器120上顯示結(jié)果信息，或者將結(jié)果信息通過接口1232傳送給主機，或者兩者都做。可以用“分析器”來識別分析物和確定樣品濃度。如這里所使用的，分析器可以是處理器(諸如上述處理器1210和1260)、DSP處理器、專門設(shè)計的ASIC，或者其它為實現(xiàn)這里所描述的分析功能而設(shè)計的電路。分析器還可以是通用處理器，它執(zhí)行為實現(xiàn)所需分析功能而編寫的程序代碼。如上所述，為了便于識別特定的分析物，可以將來自傳感器的關(guān)于一特定未知試樣的可變數(shù)據(jù)(如電阻)與一組存儲在存儲器中的早先收集的標準進行相關(guān)。這些標準可以如下所述，用至少兩個合適技術(shù)中的一種進行收集。在一項技術(shù)中，將已知的參考樣品提供給樣品室。已知樣品可以從較小的參考盒(即，位于電子鼻內(nèi))提供。在處理器的控制下，用小型電磁閥控制向樣品室提供參考樣品。使用已知參考樣品的好處是能夠控制參考樣品的身份。盒子可以定期替換。在另一項技術(shù)中，用凈化劑(例如，木炭)轉(zhuǎn)移未知試樣，從而有選擇地“擦凈”提供給樣品室的未知試樣。同樣，可以用處理器通過小型電磁閥來控制凈化劑對試樣的轉(zhuǎn)移。此改變的優(yōu)點是不需要盒子。盡管可能難以確保參考樣品不受污染，但可以周期性地對凈化劑進行凈化。圖12A和12C中的處理器命令數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行數(shù)字信號處理，并控制串行外圍設(shè)備(通過SPI)、I/O設(shè)備、串行通信(通過SCI)和其他外圍設(shè)備。受處理器控制的串行外圍設(shè)備包括ADC和DAC、32K外部EPROM(具有擴充到64K的能力)、具有集成實時時鐘和備用電池的32KRAM、2×8字符點陣顯示器，以及其它設(shè)備。受控制的I/O包括5個分立的溫度探針(4個通過放大器放大，并用于4個使用晶體管的、獨立的加熱器控制環(huán)路)、一個濕度探針、兩個按鈕、一個綠色LED，以及其他裝置。板上低功率RS0232串行驅(qū)動器提供與外部設(shè)備的串行通信。處理器還控制諸如顯示器、閥門裝置和泵等外圍設(shè)備。處理器還監(jiān)測輸入裝置(例如，圖2A中的按鈕開關(guān)122)，并通過位于裝置外殼(例如，圖2A中的電連接器126)內(nèi)的接口(例如，RS-232驅(qū)動器)與主機數(shù)字通信。在圖12C的實施例中，數(shù)據(jù)采集包括通信和/或控制Δ-Σ(即，20位)ADC、4通道(即，12位)DAC1262和4個離散的8通道高速模擬MUX1256。為記錄數(shù)據(jù)，提供板上存儲器(即，外部RAM)。在一實施例中，將存儲器按32K×8位的塊進行組織。在一實施例中，來自ADC的每個樣品是24位，占用存儲器3個字節(jié)。因此，每個32K字節(jié)存儲器塊為10,666個樣本提供存儲。如果所有32個通道都用于記錄數(shù)據(jù)，那么存儲器塊為333個數(shù)據(jù)點/通道提供存儲。內(nèi)部電源保持存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)，并且用超過5年的壽命對其進行設(shè)計。ADC采樣率是可編程的，并且數(shù)據(jù)可以通過數(shù)字RS-232接口下載到主機上?？梢栽诎迳咸幚砥骱椭鳈C之間通信，以便經(jīng)RS-232接口實時地或在以后的某個時刻對裝置實行配置并且下載數(shù)據(jù)。傳輸率9600位/秒可以發(fā)送大約400個數(shù)據(jù)點/秒，并且可以使用更高的傳輸率。圖13A-13G是合適的流程圖，示出了在執(zhí)行上述一般性說明的測量和分析過程中，電子鼻裝置所完成的功能步驟。這些流程圖示出了電子鼻是如何初始化的，然后如何通過其各種操作模式對其進行控制。在一實施例中，這些操作模式包括1)目標模式，在該模式中，通過將裝置暴露于具有已知身份的樣品中，對裝置進行校準；2)識別模式，在該模式中，將裝置暴露于具有未知身份的樣品；以及3)清除模式，在該模式中，對裝置清除常駐樣品。圖13A是一流程圖，示出了電子鼻裝置主程序菜單的一個實施例。最初，在步驟1312，將電子鼻裝置的各種電子元件(即，顯示器和各種內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器)初始化或者復(fù)位。然后，在步驟1314，執(zhí)行功能背景子程序。該子程序?qū)⒃趫D13B中作進一步描述。在執(zhí)行了功能背景子程序之后，程序行至步驟1316，在該步驟中，處理器判斷是否正在按下按鈕開關(guān)B1(例如，圖2A中的開關(guān)122a)。如果是，那么程序行至步驟1318，在該步驟中，裝置的操作模式遞增到下一個后續(xù)模式(即，從目標模式到識別模式)。然后，程序返回步驟1314，重新執(zhí)行功能背景子程序。裝置操作模式繼續(xù)遞增，直到在步驟1316中判定開關(guān)B1不再被按。如果在步驟1316判定沒有(或不再)按下按鈕B1，那么程序行至步驟1320，在該步驟中，判斷是否正在按下按鈕開關(guān)B2(例如，圖2A中的開關(guān)122b)。如果沒有按下開關(guān)B2，那么程序通過空循環(huán)1322返回步驟1314，并且重新執(zhí)行功能背景子程序。相反，如果在步驟1320判定正按下按鈕開關(guān)B2，那么程序?qū)嵭兴x定的操作模式。這是由圖13C所示的流程圖完成的。圖13B是一流程圖，示出了功能背景子程序(步驟1314)的實施例。在步驟1330，從ADC中讀取表示測量結(jié)果和用戶所選參數(shù)(即，傳感器模塊之樣品室內(nèi)的溫度和濕度)的信號，其中ADC用于檢測輸入設(shè)備(也稱為內(nèi)部ADC)。在步驟1332，根據(jù)來自內(nèi)部ADC的信號，判斷按鈕開關(guān)的狀態(tài)(例如，圖2A的開關(guān)122a-122c)。然后，在步驟1334，更新用于控制加熱器的信號，其中加熱器位于傳感器模塊的各種傳感器陣列裝置上。在步驟1336，從測量ADC(也稱外部ADC)讀取表示分壓網(wǎng)之測量結(jié)果的信號，其中分壓網(wǎng)由化學敏感電阻器及其相應(yīng)的參考電阻器形成。最后，在步驟1338，處理器處理通過串行數(shù)據(jù)線從主機接收到的任何命令。例如，這些命令可以包括在目標操作模式期間提供給電子鼻裝置的關(guān)于各種參考樣品之身份的編程信息。然后，功能背景子程序結(jié)束。圖13C是一流程圖，示出了一子程序?qū)嵤├?，該子程序用于確定要執(zhí)行哪個操作模式。在步驟1340，判斷所選的操作模式是否是目標模式。如果不是，那么在步驟1342，判斷所選操作模式是否是識別模式。一般情況下，只有在對所有指定目標樣品完成了目標模式子程序之后才選擇識別模式。如果所選的操作模式是識別模式，那么在步驟1344，程序執(zhí)行識別模式子程序(圖13E所示)。相反，如果所選操作模式不是識別模式，那么在步驟1346，判斷所選的操作模式是否是清除模式。如果是，在步驟1348，程序執(zhí)行清除模式子程序(圖13F所示)。否則，在步驟1350，程序執(zhí)行清除目標模式子程序(圖13G所示)。清除目標模式是省略模式。返回步驟1340，如果判定所選操作模式是目標模式，那么程序行至步驟1352，在該步驟中，執(zhí)行功能背景子程序。如上所述，這為內(nèi)部和外部ADC提供了更新值。然后，在步驟1354，判斷是否同時按下按鈕開關(guān)B1和B2。如果是，那么程序不執(zhí)行目標模式，而是返回空循環(huán)(圖13A中的步驟1322)。相反，如果在步驟1354判定沒有同時按下按鈕開關(guān)B1和B2，那么程序行至步驟1356，在步驟1356中，判定是否已按下開關(guān)B1。如果已按開關(guān)B1，那么程序行至步驟1358，在步驟1358中，增加特定目標數(shù)。在一實施例中，將電子鼻裝置構(gòu)造成用于測量多個(例如，8個)不同的目標樣品，并且步驟1358使操作員選擇將要引入裝置進行測量的特定目標樣品。這些目標樣品的身份早已從主機裝入裝置。然后，程序返回步驟1352，執(zhí)行功能背景子程序。每次判定已按下開關(guān)B1時，程序通過此回路循環(huán)，通過預(yù)裝補充的目標樣品而遞增。如果在步驟1356判定沒有按下開關(guān)B1，那么程序行至步驟1360，在步驟1360中，判斷是否按下開關(guān)B2。如果沒有，那么程序返回步驟1352，執(zhí)行功能背景子程序。相反，如果在步驟1360判定剛按下開關(guān)B2，那么程序在步驟1362執(zhí)行目標模式子程序(如圖13D所示)。圖13D是一流程圖，示出了目標模式子程序的實施例。在步驟1370，從外部ADC獲取一組最近更新的測量結(jié)果。這些測量結(jié)果表示傳感器模塊中32個化學敏感電阻器的基線電阻值。接著，在步驟1372，調(diào)節(jié)泵，將指定的目標樣品引入傳感器模塊的樣品室。然后，在步驟1374，從外部ADC獲取一組新的測量結(jié)果。這組新的測量結(jié)果表示32個化學敏感電阻器在響應(yīng)已引入樣品室的目標樣品時的電阻值。在步驟1376，將用于此特定目標蒸氣的32個電阻測量結(jié)果(即，“響應(yīng)矢量”)歸一化。在一個實施例中，此歸一化使所有32個測量結(jié)果的和等于1×106。然后，在步驟1378，將此目標樣品的歸一化響應(yīng)矢量存儲在存儲器中。最后，在步驟1380，泵和閥門裝置將清潔的空氣引入樣品室。然后，目標模式子程序結(jié)束，程序返回空循環(huán)(圖13A的步驟1322)。圖13E是一流程圖，示出了識別模式子程序的實施例。圖13E中的步驟1390、1392、1394和1396分別類似于圖13D中的步驟1370、1372、1374和1376。在步驟1398，將步驟1396中計算得到的未知樣品的歸一化響應(yīng)矢量與各種目標樣品的歸一化響應(yīng)矢量(它們是由早先通過目標模式子程序(圖13D)確定的并存儲在存儲器中)比較。具體地說，在步驟1398計算各歸一化響應(yīng)矢量之間的差，并且在步驟13100(用最小均方分析法)確定最小差矢量。另外，在步驟13100，還將確定結(jié)果顯示在顯示器上。最后，在步驟13102，調(diào)節(jié)泵和閥門裝置，將清潔空氣引入樣品室。然后，識別模式子程序結(jié)束，程序返回空循環(huán)(圖13A的步驟1322)。圖13F是一流程圖，示出了清除模式子程序的實施例。在步驟13120，調(diào)節(jié)泵和閥門裝置，通過進端將清潔空氣引入樣品室。然后，程序返回空循環(huán)(圖13A的步驟1322)。圖13G是一流程圖，示出了清除目標模式子程序。在步驟13130，擦除存儲在存儲器的所有目標樣品信息。然后，程序返回空循環(huán)(圖13A的步驟1322)。圖14示出了用于電子鼻菜單選擇的實施例。在步驟14中，主菜單1408顯示了特定電子鼻裝置可使用的測量模式。例如，此可用模式取決于安裝在電子鼻裝置中的特定模塊。在一實施例中，主菜單中可以獲得下述模式識別、量化(Qu)、過程控制(PC)、數(shù)據(jù)登錄(DL)、培訓(xùn)和診斷。當在主菜單1408中作出模式選擇時，菜單屏1410詢問用戶從一組可用的方法中選擇一個特定的方法。通過選擇ID方式選項，菜單屏1412詢問用戶按下“嗅”鍵以開始識別，或者按下“退回”鍵，以返回主菜單。當選擇了嗅選項時，如主菜單1414所示，電子鼻裝置開始識別過程，并且如主菜單1416所示，在過程結(jié)束時提供結(jié)果。為用戶提供了一個選項，用于存儲結(jié)果。通過選擇Qu方法選項，菜單屏1420詢問用戶選擇一目標。如果目標身份不知道，那么菜單屏1422為用戶提供執(zhí)行嗅操作選項，以識別未知目標。在選擇了嗅選項時，如菜單屏1424所示，電子鼻裝置開始識別過程，并且如菜單屏1426所示，在過程結(jié)束時提供身份。一旦識別了樣品，或者如果身份是起初已知的，那么可以在菜單屏1426和1428中對目標量化。如菜單屏1430所示，電子鼻開始量化過程，并且如菜單屏1432所示，在過程結(jié)束時提供結(jié)果。通過選擇PC方法選項，菜單屏1440詢問用戶按下“嗅”鍵，以開始過程控制，或者按下“退回”，以返回主菜單。在選擇了“嗅”選項時，如菜單屏1442所示，電子鼻裝置開始過程控制，并且如菜單屏1444所示，提供狀態(tài)報告。通過選擇DL方法選項，菜單屏1450詢問用戶按下“嗅”鍵，以開始數(shù)據(jù)登錄，或者按下“退回”，以返回主菜單。在選擇了“嗅”選項時，如菜單屏1452所示，電子鼻裝置開始數(shù)據(jù)登錄過程，并且如菜單屏1454所示，提供狀態(tài)報告。通過選擇培訓(xùn)選項，菜單屏1460詢問用戶從許多培訓(xùn)方法中選擇一種方法。用戶選擇一特定的方法，然后菜單屏1462詢問用戶從許多目標中選擇一個目標。用戶選擇一個特定的目標，然后菜單屏1464詢問用戶按下“嗅”鍵，以開始培訓(xùn)。在選擇了“嗅”選項時，如菜單屏1466所示，電子鼻裝置用用戶選擇的方法和目標開始培訓(xùn)。通過選擇診斷選項，菜單屏1470詢問用戶選擇一個想執(zhí)行的診斷。例如，可行的診斷包括RS-232端、USB端、傳感器量程測試、存儲器、處理器以及程序校驗和。用戶選擇一個特定的診斷，于是如菜單屏1472所示，電子鼻裝置開始所選的診斷測試，并且如菜單屏1474所示，提供診斷結(jié)果。模塊化設(shè)計在本發(fā)明的某些方面，用許多模塊部分設(shè)計電子鼻裝置。例如，可以有選擇地將鼻、過濾器、集管、傳感器模塊、電池組、處理器、存儲器和其它裝置布置在一個模塊內(nèi)，必要時該模塊可以安裝或交換。模塊化設(shè)計具有許多好處，一些好處與以下特征有關(guān)可交換、可拆卸、可替換、可升級和非靜態(tài)。使用模塊化設(shè)計，可以將電子鼻設(shè)計應(yīng)用于各種行業(yè)的各種場合。例如，當被測樣品清單擴大時，可以增加多個傳感器模塊、過濾器等。在某些實施例中，模塊設(shè)計還可以提供改進的性能。可以設(shè)計各種模塊(即，鼻、過濾器、集管、傳感器模塊等)，以提供對一組特定試樣的精確測量結(jié)果。可以用不同模塊測量不同樣品。因此，使用小型便攜式電子鼻不會犧牲性能。例如，為了檢測高分子量的分析物，插入某個特定的鼻芯片。然后，為了分析低分子量的分析物，可以插入另一個鼻芯片。模塊化設(shè)計還可以導(dǎo)致電子鼻的有效成本設(shè)計。由于一些部件很容易替換，所以如果一特定部件用舊了，那么不再必須安裝整個電子鼻裝置。只需要替換故障部件。在某些實施例中，模塊化設(shè)計還提供一種升級設(shè)計。例如，可以將處理器和存儲器模塊(個別的或組合的)安排在一電子單元中，而電子單元可以用新技術(shù)或者如特定應(yīng)用所要求的進行升級?？梢酝ㄟ^簡單地交換存儲器模塊，提供附加的存儲器，以存儲更多的數(shù)據(jù)。另外，可以將分析算法包括在插入電子鼻的一個程序模塊中。然后，按需要交換程序模塊。模塊設(shè)計還提供一次性模塊。例如，當分析有害樣品時，這是有利的。鼻在上述實施例中，電子鼻裝置包括一外部采樣棒(或鼻或嘴)?？梢杂脵C械互連方式將鼻固定在裝置上，機械互連方式例如包括簡單的轉(zhuǎn)1/4圈、帶螺紋的螺釘、鉗式機械安裝和其它互連機構(gòu)。有許多材料可用來制造鼻部件，諸如可注模材料。在某些實施例中，鼻可互換，并且使用標準的引誘(luer)互連。例如，鼻的長度大約為1英寸至大約50英寸，最好為大約6英寸至大約20英寸?？蛇x擇使鼻壟起，或者是一根較長的軟管或軟的通氣管。在一些實施例中，鼻在嗅端有一個引誘(luer)針。可選擇地，鼻可以耐內(nèi)壓，并且與一增壓閥結(jié)合在一起。如圖3B所示，鼻可以有各種尺寸和形狀。例如，鼻130d包括一個較大的開口，例如當采集氣體時，大開口是有利的。相反，鼻130f包括一尖頭，它更適合于在特殊的場地采樣。在另一些實施例中，可以用進端(諸如，進端132)接收試樣。進端可以代替或補充外部鼻。傳感器模塊在某些方面，可以定制傳感器模塊中的化學敏感傳感器，以便對特定的蒸氣類特別敏感。例如，用于如此模塊的陣列可以包括適于區(qū)分諸如水、酒精和酮等極性分析物的蒸氣傳感器。適于用作這類蒸氣傳感器的極性聚合物的例子包括聚(4-乙烯苯酚)和聚(4-乙烯吡咯烷酮)。傳感器模塊可以有選擇地用具有選定電阻的識別電阻器(未圖示)來識別。因此，在處理為每個這樣的傳感器模塊的化學敏感電阻器收集的可變電阻測量結(jié)果之前，處理器測量識別電阻器的電阻。用這種方式，可以初步確定模塊中化學敏感電阻器的性能。上述PCT專利申請WO99/08105揭示了一種檢測分析物的機理。顯示器在一些實施例中，顯示器是液晶顯示器(LCD)。在其它實施例中，顯示器是圖形LCD，它允許裝置顯示文本和圖形。這種類型的顯示器提供了質(zhì)量產(chǎn)品相互作用的經(jīng)驗。LCD模塊的例子包括那些由Epson公司制造的LCD模塊，諸如EPSONEG7502(TCMA0822)，其中屏幕大小為57.56mm×35.99mm，分辨率為320×200，點距為0.8，并且具有transflective和LED邊緣逆光。各種其它LCD模塊也是適用的。較佳的LCD模塊提供以下特征中的一個或多個(1)較高的分辨率，允許顯示器觀察區(qū)較小但很舒服(320×200，并且很細的點距)；(2)較低的功耗(例如，3mW至9mW)；(3)多線掃描(主動尋址)技術(shù)；(4)集成“觸”板；(5)集成電源和控制器芯片；(6)LED背后照明一用于較小的模塊；(7)用視頻和其它特征顯示。輸入設(shè)備在一些實施例中，電子鼻可選擇包括輸入設(shè)備，諸如按鈕、鍵板、鍵盤、觸摸屏、開關(guān)、其它輸入機構(gòu)或上述裝置的組合。鍵板可以用各種材料制造。在一些實施例中，鍵板是用聚硅酮橡膠模制而得的，其有利之于處在于為戴手套的手持供觸覺。另外，可選擇將導(dǎo)航控制包含在鍵板和按鈕中。例如，可選擇將“嗅”按鈕放在鍵板中?？蛇x擇鍵板為薄膜型鍵板。在該實施中，鍵板由丙烯酸、聚酯薄膜、PC或其它合適材料的層壓片來制成。可以用彈壓穹頂使用戶獲得更大的觸覺。產(chǎn)品圖形可以包含在鍵板中。有利之處在于，鍵板具有圖形適應(yīng)性，容易清潔，并且可以防止溢出。另外，鍵板可以用較短的點擊距離構(gòu)成。在某些其它的情況下，諸如“嗅”按鈕等微動開關(guān)用來進一步強調(diào)觸覺“卡搭”反饋，并產(chǎn)生較輕的音頻信號。在某些實施例中，電子鼻裝置可選擇包括一探針。有利之處在于，探針提供更大的應(yīng)用適應(yīng)性，將便于在現(xiàn)場使用。在某些方面，可以用探針讀取條形碼，并且方便庫存控制。另外，裝置可選擇包括一襯墊。該襯墊允許靈活應(yīng)用，諸如在現(xiàn)場、培訓(xùn)或?qū)嶒炇抑惺褂?。電子鼻裝置可選擇包括其它輸入裝置，諸如觸摸屏。合適的觸摸屏包括模擬電阻型。其它觸摸屏包括類似于PDA、GPS和其它產(chǎn)品中使用的那些。另有一些觸摸屏包括電磁共振型，它們可選擇具有專用觸筆，諸如無電池的觸筆。另外，觸摸屏可以包括但不限于靜電型、GSAW型以及模擬電阻和電容型。模擬電阻觸摸屏較佳，因為很容易獲得高分辨率和低分辨率。在某些實施例中，電子鼻裝置通過提供裝置當前模式的一般信息和特殊信息通知用戶。裝置的操作員可以發(fā)現(xiàn)哪些選項是可以使用的。有指南和指令可以幫助用戶與產(chǎn)品相互作用。在某些情況下，描述和指令是簡要和明確的。圖形和圖標通過產(chǎn)品相互作用幫助用戶。為用戶提供一種機構(gòu)，用于必要時停止裝置，以及返回先前合適的屏幕。這些各種各樣的特征一同提供了快速、簡單且可靠的裝置互作用。在其它實施例中，電子鼻裝置為用戶提供了關(guān)于裝置狀態(tài)的信息。例子包括但不限于起動一動作、執(zhí)行一操作、等待輸入等等。另外，其它裝置輸入和輸出參數(shù)(諸如硬件控制)包括但不限于(1)上滾屏-鍵板；(2)下滾屏-鍵板；(3)選擇-鍵板；(4)退回-鍵板；(5)嗅-鍵板；(6)上電/逆光開/關(guān)；(7)數(shù)字輸入-連接器；(8)模擬輸出-連接器；(9)串行輸出(RS232)-RJ11；(10)USB-標準A；(11)顯示對比度-(指輪，模擬電位器)；(12)系統(tǒng)復(fù)位-針孔；(13)電池充電-插口；(14)氣動端；(15)鼻吸入端(嗅樣品端)；(16)排放；(17)參考進給。電源組電子鼻裝置可選擇包括一電源組，諸如電池，用于提供電力。在某些實施例中，裝置使用大約3.3伏的電源電壓和大約5.0伏DC進行操作。在一特定的實施例中，裝置消耗大約3.2瓦或更少，典型的平均功耗大約為1.8瓦。在一實施例中，裝置通常工作大約1至20個小時，不需要對電源組充電。電源組可以用鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫化物(NiMH)、鋰離子(Li離子)、密封的鉛酸(SLA)或者其它電池技術(shù)來制造。最好，電池組的重量輕，功率密度大，從而保持電池體積較小。與其它電池的化學性能相比，鋰離子電池在放電期間具有相對較高的內(nèi)電阻和較寬的電壓范圍?？梢杂谜{(diào)壓器為電子鼻裝置內(nèi)的電路提供合適的電壓。關(guān)于效率，可以用開關(guān)式調(diào)壓器代替線性調(diào)節(jié)器。調(diào)壓器還可以用來為電子鼻裝置內(nèi)的不同電路提供多種輸出電壓。在某些情況下，電源需要的輸出電壓包括大于和小于電池電壓的值。在這些情況下，可以選擇使用開關(guān)式調(diào)節(jié)器的SEPIC拓撲技術(shù)。這類開關(guān)式調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換效率大約為85％。為了用這種開關(guān)式調(diào)節(jié)器向負載提供大約18瓦-小時的能量，鋰離子電池組的能量要求大約為21瓦-小時。在一具體實施例中，電子鼻裝置可選擇使用這樣的鋰離子(Li離子)電池組，其體積大約為100立方厘米(cc)，重大約為250克。在另一個具體的實施例中，可以使用鎳-金屬氫化物(NiMH)電池組，其重量大約為370克，體積大約為150cc。能夠提供等效能量的其它電池包括但不限于鎳鎘(NiCd)電池組，其重量大約為560g，體積大約為210cc；密封的鉛酸(SLA)電池組，其重量大約為750g，體積大約為350cc。一般情況下，對于低溫(例如，0-10℃)和高溫(例如，40-50℃)充電次數(shù)增加，且可用電池容量降低。對于這類條件下精確的“氣體計量”，還可以使用智能電池系統(tǒng)(SBS)。SBS是市場上可買到的系統(tǒng)管理總線(SMB)系統(tǒng)的一部分。SBS允許電池組用類似于Philips公司的I2C總線協(xié)議的物理協(xié)議與智能充電器和其它系統(tǒng)智能部分交流信息。SMB上的軟件協(xié)議允許直接交流諸如充電狀態(tài)、電池組電壓、電池溫度、放電循環(huán)次數(shù)等參數(shù)?，F(xiàn)在，集成電路的幾個賣主能夠提供SMB接口的單芯片裝置。另一種方法是，為此目的使用定制編程的微控制器，諸如Micrchip技術(shù)股份有限公司制造的PIC芯片。在一些實施例中，裝置包括一個電源組，該電源組可選擇可充電。在一些其它實施例中，裝置可選擇包括諸如四個AA電池等電池。電池的化學性能可以變化。裝置可選擇具有強堿互換性。裝置可選擇具有用于二次可充電組的附件，其尺寸可以與上述電源裝置相同，或者小于上述電源裝置。電子鼻裝置的具體實施電子鼻裝置可以有各種實施結(jié)構(gòu)，以便包括各種特征，并且可以用于各種場合。以下提供一些具體的實施情況。在一個具體的實施情況下，電子鼻裝置包括一個由32個傳感器組成的傳感器陣列，傳感器的構(gòu)成是將導(dǎo)電粒子均勻地分散在聚合物基質(zhì)中。當聚合物暴露于試驗介質(zhì)(例如，蒸氣、液體、氣體)時，每個聚合體都會象海綿一樣膨脹，從而增加復(fù)合物的電阻。由于聚合物對不同分析物的響應(yīng)是不同的，所以聚合物膨脹到變化的程度。電阻的這種改變在傳感器陣列范圍內(nèi)變化，產(chǎn)生不同的簽名響應(yīng)。不管分析物是對應(yīng)于試樣中化學制劑的復(fù)雜混合，還是來自單一化學制劑，電子鼻裝置都包括足夠的聚合物陣列，可以為感興趣的樣品產(chǎn)生不同的電“指紋”。傳感器陣列中電阻變化的圖案代表了分析物的身份，而圖案的幅度代表了分析物的濃度。然后，將歸一化的電阻變化傳送給處理器，處理器根據(jù)傳感器陣列中檢測到的圖案識別蒸氣的類型、量和質(zhì)。在另一個具體的實施例中，根據(jù)本發(fā)明制造在現(xiàn)場用來檢測揮發(fā)性化合物的便攜式電子鼻裝置。裝置包括一個易讀的圖形LCD，LCD具有背后照明以及一個或多個發(fā)光二極管(LED)，用于表示操作模式。通過提供通信端口很容易將數(shù)據(jù)下載到一個電子表格數(shù)據(jù)包中?？焖夙憫?yīng)時間與容易的單鍵操作相結(jié)合，可以有效且精確地測量樣品。用可替換或可充電的電池提供電力。通過裝在堅固的、防水的盒子里，電子鼻裝置適于各種環(huán)境。在另一個具體的實施例中，電子鼻裝置被設(shè)計成能夠采集和存儲從32個獨立傳感器單元收集到的數(shù)據(jù)。電子鼻裝置包括具有32個通道的樣品室(帶有進端/出端)、泵、三通螺線管開關(guān)、LCD、按鈕、LED、濕度探針、溫度探針和數(shù)字接口。電源是為9伏直流輸入而設(shè)計的。增加整流二極管，用于保護電路。分別為模擬和數(shù)字電路使用兩個板上5伏線性調(diào)節(jié)器。高精度埋入式齊納二極管用于提供+2.5伏的參考電壓?？傮w設(shè)計是混合的3V和5V設(shè)計，可以降低手持裝置的功耗。樣品室裝有32個傳感器元件，這些元件安排在四個陶瓷襯底上，每個襯底上有8個傳感器元件。襯底用微電子伴同燒制的陶瓷(氧化鋁)混合工藝制造。用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將電極和觸頭沉積為厚膜?？梢蕴峁╇娮柰?例如，三個通路)，以便用作加熱元件。在襯底的背側(cè)，可以放置表面固定的熱敏電阻器，以形成加熱/冷卻控制回路。提供一進端，并且可以插入擋板，以便扇形展開輸入的樣品流。出端面對環(huán)境大氣壓力。樣品室可以用聚四氟乙烯制造，并且是密封的，而且安裝在PCB上。板上泵可以在略高于14.7psi的壓力下將樣品流推入樣品室。板上三通螺線管開關(guān)可以在處理器的控制下在已知參考源(即，在必要時“重新置零”或重新校準)和未知試樣之間切換。將四個陶瓷襯底插在兩個20針、50mil間距的雙排連接器中。各排之間的間距為100mil。將溫度探針插入一個連接器中，并將濕度探針插入另一個連接器中。溫度和濕度探針用于診斷。可以實施偏置網(wǎng)，偏置DC操作模式中化學敏感電阻器的電壓。該網(wǎng)是一個比例網(wǎng)，容易實施并且穩(wěn)定，而且提供一較寬的動態(tài)范圍。已經(jīng)表明，可以測量到化學敏感電阻器的電阻存在50PPM的變化。另外，如表1所示，可以考慮大于+50％的基線變化，并且施加功率的變化最小。表1-各基線電阻的可檢測電阻變化<tablesid="table1"num="001"><table>基線Vout施加功率分辨率15K(-Δ50％)0.3260.04718位20K(-Δ33％)0.4170.04318位25K(-Δ17％)0.5000.04017位30K，標稱電阻0.5770.03717位35K(+Δ17％)0.6480.03417位40K(+Δ33％)0.7140.03217位45K(+Δ50％)0.7760.03017位</table></tables>假設(shè)Johnson噪聲是主要噪聲源，那么可以計算得到10Hz帶寬上的平均噪聲電壓為0.3μV，并由此可以檢測這些步進變化。通過保持電流較低(即，＜25μA)，可以降低1/f噪聲。一般地說，偏置方案是一個恒壓DC系統(tǒng)。電流被限制在每個傳感器元件微安(μA)的數(shù)量級，并且施加功率在微瓦(μW)的數(shù)量級。對于所增加的靈活性，限制了電流，并且用電阻標定了輸出電壓。用本發(fā)明的手持傳感設(shè)備檢測了四個同族酯分析物組成的系列。被檢測的分析物是由丙酸鹽、丁酸鹽、戊酸鹽和已酸鹽組成的乙酯。然后用主要成份分析法分析響應(yīng)數(shù)據(jù)。主要成份分析法(PCA)是一種強有力的看得見的工具，它提供了一種降低數(shù)據(jù)維數(shù)的方法。PCA找出考慮了最大變化量的原始獨立變量的線性組合，并且按獨立變量塊提供對可變性的最佳視角。很容易確定數(shù)據(jù)的固有分類。圖15示出用本發(fā)明的手持設(shè)備對一系列酯的響應(yīng)進行主要成份分析。如圖15所示，用本發(fā)明的手持裝置區(qū)別了酯分析物。電子鼻裝置的分析物和應(yīng)用本發(fā)明可檢測的分析物包括但不限于烷烴、烯烴、炔烴、二烯、脂環(huán)烴、芳烴、醇、醚、酮、醛、羰基化物(carbonyls)、碳負離子化合物(carbanions)、雜環(huán)化合物、多核芳香烴、有機衍生物、生物分子、微生物、細菌、病毒、糖類、核酸、異戊二烯、類異戊二烯和脂肪酸，及其衍生物。用本發(fā)明的傳感器陣列可以檢測諸如氨基酸等生物分子?？梢杂秒娮颖茄b置使醫(yī)學和牙科護理提供者快速準確地識別呼吸、傷口和體液中的化學成份，從而診斷許多病，包括傳染和新陳代謝問題。例如，在麻醉管理時，可以用電子鼻裝置測試皮膚狀況，或者確定生育治療時的排卵時間。另一種方法是，手持裝置可以對諸如細菌等微生物進行分類和識別。可以用電子鼻裝置來確定氣味的位置，以便識別物質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng)或狀態(tài)，并且提供傳統(tǒng)的環(huán)境或化學監(jiān)測裝置所沒有的多用途和可靠性。有利之處在于，該裝置可以在危險的物資情況下描繪化學環(huán)境，并且?guī)椭本热藛T精確選擇火焰延緩劑、牽制策略和保護手段。電子鼻裝置可用來檢測管線和貯藏容器中的泄漏。電子鼻裝置可用于食品質(zhì)量和處理控制。例如，對于一產(chǎn)品的各個階段，該裝置可用來抽查瞬間結(jié)果，或者連續(xù)監(jiān)測批與批的一致性和損壞性，包括生產(chǎn)(即，生長)、制備和分配。該裝置還可用于一次性包裝，提供傳統(tǒng)變質(zhì)、新鮮和污染監(jiān)測技術(shù)所缺少的客觀性。電子鼻裝置還可以用于保護那些隨時間失去嗅覺的老人。該裝置可用于減小食物中毒的危險或攝取變質(zhì)食品，并且可以與諸如電冰箱和微波爐等家用電器結(jié)合成一體。電子鼻裝置可以用于廣泛的商業(yè)場合，包括但不限于●諸如公用事業(yè)和發(fā)電、油/氣石化產(chǎn)品、化學/塑料制品、自動通風控制(烹飪、煙熏等)、重工業(yè)制造、環(huán)境毒理學和治理、生物醫(yī)學、化妝品/香水、藥物、運輸、緊急響應(yīng)和法律實施等應(yīng)用，●檢測、識別和/或監(jiān)測可燃氣體、天然氣、H2S、環(huán)境空氣、排放控制、空氣攝入、煙、危險泄漏、危險溢出、揮發(fā)性排放、危險泄漏，●飲料、食物和農(nóng)產(chǎn)品的監(jiān)測和控制，諸如新鮮檢測、水果成熟控制、發(fā)酵工藝以及香味組成和識別，●檢測和識別非法物品、炸藥、變壓器故障、冷卻劑和煙熏劑、蟻醛、柴油/汽油/航空燃料、醫(yī)院/醫(yī)用麻醉與消毒氣體，●遠程外科手術(shù)、體液分析、查找毒品、傳染病檢測和呼吸應(yīng)用、工作人員保護、縱火調(diào)查、個人識別、周圍監(jiān)視、香味配制，以及●溶劑復(fù)原效力、補給燃料操作、運輸容器檢查、封閉空間檢查、產(chǎn)品質(zhì)量測試、原料質(zhì)量控制、產(chǎn)品識別和質(zhì)量測試。通過以上描述，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了一種改進的蒸氣傳感儀器，它不僅足夠小和輕，可以手持，而且是模塊化的，因此該裝置便于檢測各種指定蒸氣的存在和身份。盡管參照較佳實施例詳細描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明可以作各種變化。因此，本發(fā)明由以下權(quán)利要求書限定。權(quán)利要求1．一種手持傳感設(shè)備，其特征在于，包括外殼；傳感器模塊，它安裝在外殼中，并且至少包括兩個能夠?qū)υ嚇幼鞒鲰憫?yīng)的傳感器；樣品室，它由外殼和傳感器模塊中的一個或兩個限定，樣品室包括一進端和一出端，所述至少兩個傳感器位于樣品室內(nèi)或附近；和分析器，它安裝在外殼內(nèi)，并且被構(gòu)造成用于分析來自至少兩個傳感器的響應(yīng)，并且分析器根據(jù)來自至少兩個傳感器的響應(yīng)對試樣內(nèi)的分析物進行識別、分類或量化。2．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括泵，它安裝在外殼中，并且被構(gòu)造成用于引導(dǎo)試樣通過樣品室，從進端到達出端。3．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，來自至少兩個傳感器的響應(yīng)包括一組信號，它們表示因暴露在試樣中而引起的至少兩個傳感器的電阻變化。4．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括測量電路，它安裝在外殼內(nèi)，并且被構(gòu)造成用于檢測來自至少兩個傳感器的響應(yīng)，并且提供與該響應(yīng)相對應(yīng)的信號。5．如權(quán)利要求4所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，測量電路包括∑-△轉(zhuǎn)換器。6．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，分析器接收來自至少兩個傳感器的響應(yīng)，并且產(chǎn)生相應(yīng)的樣品簽名。7．如權(quán)利要求6所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，對多個參考樣品收集多個參考簽名，為試樣產(chǎn)生樣品簽名，并且分析器被構(gòu)造成甩于將樣品的簽名與多個參考簽名進行比較，從而識別試樣。8．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括閥，它安裝在外殼內(nèi)，并且被構(gòu)造成用于將參考樣品或試樣引導(dǎo)到樣品室中。9．如權(quán)利要求8所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，參考樣品被預(yù)處理。10．如權(quán)利要求8所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，從多種參考樣品中選擇所述參考樣品。11．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，將樣品室密封，與外界環(huán)境隔開，除了進端和出端。12．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括一預(yù)濃縮器。13．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括熱控制電路，它控制至少兩個傳感器的溫度。14．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括采樣棒，它與外殼耦連。15．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，傳感器模塊中至少有一個傳感器選自導(dǎo)電/非導(dǎo)電區(qū)傳感器、SAW傳感器、石英微量天平傳感器、導(dǎo)電復(fù)合物傳感器、化學電阻器、金屬氧化物氣體傳感器、有機氣體傳感器、MOSFET、壓電裝置、紅外線傳感器、燒結(jié)金屬氧化物傳感器、鈀柵MOSFET、金屬FET結(jié)構(gòu)、電化電池、導(dǎo)電聚合物傳感器、催化氣體傳感器、有機半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器以及壓電石英晶體傳感器。16．如權(quán)利要求15所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，傳感器模塊中至少有一個傳感器是導(dǎo)電/非導(dǎo)電區(qū)傳感器。17．如權(quán)利要求15所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，傳感器模塊中至少有一個傳感器是SAW傳感器。18．如權(quán)利要求1所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，傳感器模塊包括多個傳感器陣列裝置，每個傳感器陣列裝置都包括一個傳感器陣列。19．用手持傳感設(shè)備檢測試樣中的分析物，其特征在于，所述手持傳感設(shè)備包括外殼；傳感器模塊，它安裝在外殼中，并且至少包括兩個能夠?qū)υ嚇幼鞒鲰憫?yīng)的傳感器；樣品室，它由外殼和傳感器模塊中的一個或兩個限定，樣品室包括一進端和一出端，所述至少兩個傳感器位于樣品室內(nèi)或附近；和分析器，它安裝在外殼內(nèi)，并且被構(gòu)造成用于分析來自至少兩個傳感器的響應(yīng)，并且分析器根據(jù)來自至少兩個傳感器的響應(yīng)對試樣內(nèi)的分析物進行識別或量化。20．一種手持傳感設(shè)備，其特征在于，包括外殼，它包括一插座；傳感器模塊，它可拆卸地安裝在外殼的插座中，并且傳感器模塊至少包括一個能夠?qū)υ嚇幼鞒鲰憫?yīng)的傳感器；樣品室，它限定在傳感器模塊內(nèi)，樣品室包括一進端和一出端，所述至少一個傳感器位于樣品室內(nèi)或附近；和分析器，它安裝在外殼內(nèi)，并且被構(gòu)造成用于分析來自至少一個傳感器的響應(yīng)，并且分析器根據(jù)來自至少一個傳感器的響應(yīng)對試樣內(nèi)的分析物進行識別或量化。21．如權(quán)利要求20所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括一個或多個附加的傳感器模塊，每個傳感器模塊被構(gòu)造成可拆卸地安裝在所述插座中，并且至少包括一個傳感器，并且每個傳感器模塊被構(gòu)造成為一組不同的樣品提供一組不同的響應(yīng)。22．如權(quán)利要求21所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，每個可拆卸安裝的傳感器模塊包括一個用于識別傳感器模塊的識別器，并且分析器被構(gòu)造成用于確定插座內(nèi)傳感器模塊所包含的識別器。23．一種傳感器模塊，它被構(gòu)造成與一傳感設(shè)備一起使用，所述傳感設(shè)備安裝在限定一插座的外殼內(nèi)，其特征在于，所述傳感器模塊包括盒子，其大小和構(gòu)造可以容納在傳感設(shè)備的插座中；樣品室；進端，它被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備的第一連接端進行可解除的嚙合，進端從傳感設(shè)備接收試樣，并且將試樣引導(dǎo)到樣品室；出端，它被構(gòu)造成從樣品室排放試樣；至少一個傳感器，它位于樣品室內(nèi)或附近，并且被構(gòu)造成當暴露于樣品室內(nèi)試樣中一個或多個分析物時，所述傳感器提供一響應(yīng)；和電連接器，它被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備的配對電連接器進行可解除的嚙合，電連接器將至少一個傳感器的信號傳送給傳感設(shè)備。24．如權(quán)利要求23所述的傳感器模塊，其特征在于，所述出端被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在傳感設(shè)備的插座中時與傳感設(shè)備的第二連接端進行可解除的嚙合，所述出端將試樣從樣品室排放到傳感設(shè)備。25．如權(quán)利要求24所述的傳感器模塊，其特征在于，盒子包括一后壁，用于支持進端、出端和電連接器。26．如權(quán)利要求23所述的傳感器模塊，其特征在于，還包括一襯底，多個傳感器固定在所述襯底上。27．如權(quán)利要求23所述的傳感器模塊，其特征在于，至少一個傳感器按均勻的方式布置在樣品室內(nèi)。28．如權(quán)利要求23所述的傳感器模塊，其特征在于，至少一個傳感器中的每一個都是用對化學敏感的電阻器來實現(xiàn)的，當暴露于試樣中的一個或多個指定分析物時，所述電阻器的電阻以唯一的方式變化；并且傳感設(shè)備包括一分析器，該分析器檢測所述至少一個傳感器的一組電阻，并且根據(jù)被檢測到的該組電阻識別試樣。29．使用一傳感器模塊，該傳感器模塊被構(gòu)造成與傳感設(shè)備一起使用，并且位于限定一插座的外殼內(nèi)，其特征在于，所述傳感器模塊包括盒子，其大小和構(gòu)造可以容納在傳感設(shè)備的插座中；樣品室；進端，它被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備的第一連接端進行可解除的嚙合，進端從傳感設(shè)備接收試樣，并且將試樣引導(dǎo)到樣品室；出端，它被構(gòu)造成從樣品室排放試樣；至少一個傳感器，它位于樣品室內(nèi)或附近，并且被構(gòu)造成當暴露于樣品室內(nèi)試樣中一個或多個分析物時，所述傳感器提供一響應(yīng)；和電連接器，它被構(gòu)造成當傳感器模塊容納在插座中時與傳感設(shè)備的配對電連接器進行可解除的嚙合，電連接器將至少一個傳感器的信號傳送給傳感設(shè)備。30．一種用于測量樣品室內(nèi)一個或多個分析物濃度的手持傳感設(shè)備，其特征在于，包括至少兩個化學敏感電阻器，每個化學敏感電阻器的電阻都根據(jù)樣品室內(nèi)一個或多個分析物的濃度而變化；調(diào)節(jié)電路，它與至少兩個化學敏感電阻器連接，并且產(chǎn)生一模擬信號，該模擬信號表示至少兩個化學敏感電阻器中每個電阻器的電阻；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，它與調(diào)節(jié)電路相連，ADC響應(yīng)模擬信號，并且提供一數(shù)字信號；和分析器，它與ADC相連，分析器響應(yīng)數(shù)字信號，并且確定樣品室內(nèi)一個或多個分析物的身份或濃度。31．如權(quán)利要求30所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，調(diào)節(jié)電路包括一組分壓網(wǎng)，一個網(wǎng)用于至少兩個化學敏感電阻器中的每個電阻器，每個網(wǎng)提供一個模擬電壓。32．如權(quán)利要求30所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括至少一個復(fù)用器，它與所述分壓網(wǎng)絡(luò)組相連，復(fù)用器將來自分壓網(wǎng)絡(luò)組的模擬電壓耦合到ADC。33．如權(quán)利要求32所述的手持傳感設(shè)備，其特征在于，還包括至少一個放大器，每個放大器連接在一個復(fù)用器和ADC之間。34．一種手持式蒸氣傳感設(shè)備，其特征在于，包括手持式外殼；傳感器模塊，它安裝在外殼內(nèi)，并且包括一插入式蒸氣傳感器陣列，每個蒸氣傳感器為一種或多種不同的蒸氣提供不同的電氣響應(yīng)；外殼和傳感器模塊中的一個或兩個限定了一個樣品室，傳感器模塊的蒸氣傳感器陣列暴露于樣品室，所述樣品室包括一個蒸氣進口和一個蒸氣出口；泵，它安裝在外殼上，并且被構(gòu)造成用于引導(dǎo)蒸氣樣品通過樣品室，從蒸氣進口到蒸氣出口；監(jiān)測裝置，它安裝在外殼上，并且被構(gòu)造成用于監(jiān)測傳感器模塊中蒸氣傳感器陣列的電氣響應(yīng)，并且還用于產(chǎn)生多個相應(yīng)的傳感器信號；和分析器，它安裝在外殼上，并且被構(gòu)造成用于分析多個傳感器信號，識別由泵引導(dǎo)通過樣品室的任何蒸氣樣品。35．一種插入式傳感器模塊，它被構(gòu)造成與手持式蒸氣傳感設(shè)備一起使用，所述手持式蒸氣傳感設(shè)備包括一手持式外殼，所述外殼限定了一插座，其特征在于，所述傳感器模塊包括盒子，其大小和構(gòu)造可以容納在手持式蒸氣傳感設(shè)備的插座中；樣品室；蒸氣進口，它被構(gòu)造成當插入式傳感器模塊容納在蒸氣傳感設(shè)備的插座中時與手持式蒸氣傳感設(shè)備的第一蒸氣連接端進行可解除的嚙合，進口用于從蒸氣傳感設(shè)備接收蒸氣樣品，并且將蒸氣樣品引導(dǎo)到樣品室；蒸氣出口，它被構(gòu)造成從樣品室排放蒸氣樣品；多個蒸氣傳感器，它們位于樣品室內(nèi)或附近，并且被構(gòu)造成響應(yīng)于樣品室內(nèi)的一種或多種蒸氣，提供不同的電信號；和電連接器，它被構(gòu)造成當插入式傳感器模塊容納在蒸氣傳感設(shè)備的插座中時與手持式蒸氣傳感設(shè)備的配對電連接器進行可解除的嚙合，用以將來自多個蒸氣傳感器的電信號傳送給蒸氣傳感設(shè)備。36．一種蒸氣傳感設(shè)備，用于測量樣品空間內(nèi)一種或多種規(guī)定蒸氣的濃度，其特征在于，包括化學敏感電阻器，其電阻根據(jù)樣品空間內(nèi)一種或多個蒸氣濃度而變化；參考電阻器，它與化學敏感電阻器串聯(lián)，并且連接在參考電壓源和地之間，致使在參考電阻器和化學敏感電阻器之間的節(jié)點處建立一模擬輸出信號；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它響應(yīng)于模擬輸出信號和參考電壓源的電壓大小兩者，用于產(chǎn)生一數(shù)字輸出信號，該數(shù)字輸出信號表示化學敏感電阻器的電阻；和分析器，它響應(yīng)于數(shù)字輸出信號，用于確定樣品空間內(nèi)一種或多種規(guī)定蒸氣的濃度。全文摘要蒸氣或分析物傳感裝置足夠小而輕,可以手持,而且模塊化,因此該裝置便于檢測各種指定蒸氣或分析物的存在和身份。裝置用一傳感器模塊提供了這樣的好處,其中傳感器模塊包括一個樣品室(810)和多個傳感器(820)。傳感器位于一芯片或板(830)上,而芯片或板位于樣品室內(nèi)或附近,可拆卸?？梢杂羞x擇地將傳感器模塊(150c)構(gòu)造成可拆卸地插入裝置內(nèi)的一個插座中。蒸氣或分析物被引導(dǎo)通過帶蓋子(832)的樣品室,這時傳感器(820)響應(yīng)于每一種蒸氣/分析物產(chǎn)生不同的電信號組合。傳感器模塊的傳感器可以采用化學敏感電阻器的形式,其電阻根據(jù)相鄰蒸氣/分析物的濃度/身份而變化。文檔編號G01N27/414GK1301342SQ99806274公開日2001年6月27日申請日期1999年3月19日優(yōu)先權(quán)日1998年3月20日發(fā)明者S·A·松夏因,M·G·斯坦因塔爾,C·K·伯爾,R·K·納卡雅馬申請人:塞萊諾科學股份有限公司