基于生物嗅覺的電子鼻的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于一種基于仿生嗅覺技術的裝置，是結合仿生學、生物學、電子、混沌理論、控制技術的設備。
【背景技術】
[0002]隨著人類對嗅覺過程理解的不斷加深以及傳感器技術的不斷發(fā)展，電子鼻技術應運而生。在20世紀80年代初期,Zaromb和Stetter首先探討了應用傳感器陣列理論基礎，并將陣列用于檢測易燃、有毒氣體。電子鼻是適用于許多系統(tǒng)中測量一種或多種氣味物質的氣體敏感系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的氣味分析技術，如氣相色譜法(Gas Chromatography, GC)、質譜法(Mass Spectroscopy, MS)、火焰離子化檢測(Flame 1nizat1n Detect1n, FID)等相t匕，具有快捷、簡便、經(jīng)濟等優(yōu)點，因此廣泛應用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控及公共安全等領域。
[0003]生物嗅覺系統(tǒng)的性能是相當出色的，目前的電子鼻還不能完全取代實際生產(chǎn)和生活過程中生物鼻的作用，但這方面的研究畢竟已邁出了重要的一步，并在某些行業(yè)中得到應用。一方面，現(xiàn)在的電子鼻只是簡單的電子元器件組裝，沒有從仿生的觀點出發(fā)，特別是從生物嗅覺結構出發(fā)設計電子鼻；另一方面，現(xiàn)有嗅覺識別軟件只是簡單的算法，沒有從嗅覺智能出發(fā)設計軟件。從生物嗅覺原理出
發(fā)設計電子鼻是電子鼻研究的發(fā)展方向。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:構造一種電子鼻流道和控制裝置，實現(xiàn)嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動控制，提高嗅覺靈敏度。
[0005]根據(jù)生物嗅覺系統(tǒng)的混沌性質在嗅覺感知中所起的關鍵作用，構建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡算法，使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性，實現(xiàn)了電子鼻動態(tài)檢測的目標。
[0006]本發(fā)明基于生物嗅覺的電子鼻由硬件和識別軟件兩部分組成。硬件包括氣室、鼻流道、數(shù)據(jù)采集器、計算機。在系統(tǒng)模式識別中使用最廣泛的是神經(jīng)網(wǎng)絡算法，尤其是其中的誤差反向傳播算法，即BP算法。通過研究Freeman的電生理實驗結果及嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡模型發(fā)現(xiàn)，混沌性質在嗅覺感知中起著關鍵作用，因此，提出使電子鼻具有仿生特性的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別算法(簡稱混沌神經(jīng)網(wǎng)絡算法)。為了克服BP算法收斂速度慢和易陷入局部極小的缺陷，根據(jù)混沌運動的特點和混沌性質在生物嗅覺感知中的作用，在神經(jīng)網(wǎng)絡連接權的動力學方程中引進一非線性反饋項，使網(wǎng)絡在權空間具有混沌動力學行為。
【附圖說明】
[0007]圖1鼻流道結構示意圖:
圖1中，I一鼻孔(共2個)；2—鼻流道；3—傳感器陣列(共4個)；4 一節(jié)氣門；5—風扇。
【具體實施方式】
[0008]在圖1中可以看到，鼻流道孔仿生物的鼻孔，是測試有味氣體的入口 ；風扇仿生物的肺，把測試有味氣體吸入鼻道；在鼻流道壁上安置8只氣敏傳感器構成傳感器陣列，仿生物鼻道中的嗅細胞，傳感器陣列由8只SnO2氣敏傳感器(TGS812、TGS813、TGS821、TGS822、TGS824、TGS822TF、TGS825、TGS880)組成；節(jié)氣門用于調節(jié)吸入鼻流道氣體的流量，仿生物的不同吸氣速度。樣本室是一個帶門的容器，測試時將樣本放入樣本室，由于風扇的作用，使樣本的揮發(fā)性氣體通過輸氣管抽到鼻流道，氣體與鼻流道內傳感器陣列作用產(chǎn)生信號。采用數(shù)據(jù)采集器把采集到的數(shù)據(jù)通過USB接口送到計算機中形成數(shù)據(jù)文件，供軟件進一步處理。
[0009]由于混沌運動具有遍歷性、隨機性和規(guī)律性的特點，能在一定范圍內按其自身規(guī)律不重復地遍歷所有狀態(tài)，故而本發(fā)明所用混沌神經(jīng)網(wǎng)絡算法可克服一般隨機算法中以分布遍歷性的機制進行搜索所帶來的局限性。為了克服BP算法收斂速度慢和易陷入局部極小的缺陷，根據(jù)混沌運動的特點和混沌性質在生物嗅覺感知中的作用，在神經(jīng)網(wǎng)絡連接權的動力學方程中引進一非線性反饋項，使網(wǎng)絡在權空間具有混沌動力學行為。
【主權項】
1.一種基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于:根據(jù)生物嗅覺系統(tǒng)的混沌性質在嗅覺感知中所起的關鍵作用，構建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡算法，使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性，實現(xiàn)了電子鼻動態(tài)檢測的目標，并實現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動控制，提高了嗅覺靈敏度。
2.根據(jù)權利要求1所述基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于，體現(xiàn)了生物嗅覺系統(tǒng)的混沌性質在嗅覺感知中所起的關鍵作用。
3.根據(jù)權利要求1所述基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于，構建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡算法。
4.根據(jù)權利要求1所述基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于，實現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動控制。
【專利摘要】本發(fā)明通過研究鼻道結構對生物嗅覺的影響,構造了裝有傳感器陣列的電子鼻流道和控制裝置,實現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動控制,提高了嗅覺靈敏度。其特征在于：根據(jù)生物嗅覺系統(tǒng)的混沌性質在嗅覺感知中所起的關鍵作用,構建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡算法,使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性,實現(xiàn)了電子鼻動態(tài)檢測的目標。
【IPC分類】G01N27-00
【公開號】CN104698037
【申請?zhí)枴緾N201310655330
【發(fā)明人】張書策
【申請人】張書策
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月9日