基于生物嗅覺的電子鼻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種基于仿生嗅覺技術(shù)的裝置，是結(jié)合仿生學(xué)、生物學(xué)、電子、混沌理論、控制技術(shù)的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對(duì)嗅覺過程理解的不斷加深以及傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，電子鼻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在20世紀(jì)80年代初期,Zaromb和Stetter首先探討了應(yīng)用傳感器陣列理論基礎(chǔ)，并將陣列用于檢測(cè)易燃、有毒氣體。電子鼻是適用于許多系統(tǒng)中測(cè)量一種或多種氣味物質(zhì)的氣體敏感系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的氣味分析技術(shù)，如氣相色譜法(Gas Chromatography, GC)、質(zhì)譜法(Mass Spectroscopy, MS)、火焰離子化檢測(cè)(Flame 1nizat1n Detect1n, FID)等相t匕，具有快捷、簡便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控及公共安全等領(lǐng)域。
[0003]生物嗅覺系統(tǒng)的性能是相當(dāng)出色的，目前的電子鼻還不能完全取代實(shí)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(yīng)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(diǎn)出發(fā)，特別是從生物嗅覺結(jié)構(gòu)出發(fā)設(shè)計(jì)電子鼻；另一方面，現(xiàn)有嗅覺識(shí)別軟件只是簡單的算法，沒有從嗅覺智能出發(fā)設(shè)計(jì)軟件。從生物嗅覺原理出
發(fā)設(shè)計(jì)電子鼻是電子鼻研究的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:構(gòu)造一種電子鼻流道和控制裝置，實(shí)現(xiàn)嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動(dòng)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(zhì)在嗅覺感知中所起的關(guān)鍵作用，構(gòu)建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性，實(shí)現(xiàn)了電子鼻動(dòng)態(tài)檢測(cè)的目標(biāo)。
[0006]本發(fā)明基于生物嗅覺的電子鼻由硬件和識(shí)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(jì)算機(jī)。在系統(tǒng)模式識(shí)別中使用最廣泛的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型發(fā)現(xiàn)，混沌性質(zhì)在嗅覺感知中起著關(guān)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(luò)模式識(shí)別算法(簡稱混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和混沌性質(zhì)在生物嗅覺感知中的作用，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)的動(dòng)力學(xué)方程中引進(jìn)一非線性反饋項(xiàng)，使網(wǎng)絡(luò)在權(quán)空間具有混沌動(dòng)力學(xué)行為。
【附圖說明】
[0007]圖1鼻流道結(jié)構(gòu)示意圖:
圖1中，I一鼻孔(共2個(gè))；2—鼻流道；3—傳感器陣列(共4個(gè))；4 一節(jié)氣門；5—風(fēng)扇。
【具體實(shí)施方式】
[0008]在圖1中可以看到，鼻流道孔仿生物的鼻孔，是測(cè)試有味氣體的入口 ；風(fēng)扇仿生物的肺，把測(cè)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(gòu)成傳感器陣列，仿生物鼻道中的嗅細(xì)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(diào)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(gè)帶門的容器，測(cè)試時(shí)將樣本放入樣本室，由于風(fēng)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(nèi)傳感器陣列作用產(chǎn)生信號(hào)。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(jì)算機(jī)中形成數(shù)據(jù)文件，供軟件進(jìn)一步處理。
[0009]由于混沌運(yùn)動(dòng)具有遍歷性、隨機(jī)性和規(guī)律性的特點(diǎn)，能在一定范圍內(nèi)按其自身規(guī)律不重復(fù)地遍歷所有狀態(tài)，故而本發(fā)明所用混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可克服一般隨機(jī)算法中以分布遍歷性的機(jī)制進(jìn)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和混沌性質(zhì)在生物嗅覺感知中的作用，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)的動(dòng)力學(xué)方程中引進(jìn)一非線性反饋項(xiàng)，使網(wǎng)絡(luò)在權(quán)空間具有混沌動(dòng)力學(xué)行為。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(zhì)在嗅覺感知中所起的關(guān)鍵作用，構(gòu)建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性，實(shí)現(xiàn)了電子鼻動(dòng)態(tài)檢測(cè)的目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動(dòng)控制，提高了嗅覺靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)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(zhì)在嗅覺感知中所起的關(guān)鍵作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于，構(gòu)建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生物嗅覺的電子鼻，其特征在于，實(shí)現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動(dòng)控制。
【專利摘要】本發(fā)明通過研究鼻道結(jié)構(gòu)對(duì)生物嗅覺的影響,構(gòu)造了裝有傳感器陣列的電子鼻流道和控制裝置,實(shí)現(xiàn)了嗅覺區(qū)域氣體流量和氣味分子濃度的主動(dòng)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(zhì)在嗅覺感知中所起的關(guān)鍵作用,構(gòu)建了更接近生物嗅覺的混沌優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,使電子鼻系統(tǒng)更具仿生特性,實(shí)現(xiàn)了電子鼻動(dòng)態(tài)檢測(cè)的目標(biāo)。
【IPC分類】G01N27-00
【公開號(hào)】CN104698037
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310655330
【發(fā)明人】張書策
【申請(qǐng)人】張書策
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月9日