仿生電子鼻在危險品檢測中的應(yīng)用

文/高春艷 呂盛璠 趙文輝 李培卓

隨著近年來科技的進(jìn)步和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人力物力的出現(xiàn)了大量流動的趨勢，這也導(dǎo)致了復(fù)雜的安全環(huán)境，對于危險品的檢測成為社會發(fā)展中的重要組成部分。而仿生電子鼻的出現(xiàn)在很大意義上解決了當(dāng)前存在的一些問題，能夠?qū)ξｋU品進(jìn)行及時的發(fā)現(xiàn)。同時也改善了相關(guān)技術(shù)的要求。對于發(fā)現(xiàn)危險品能夠起到積極的意義，由于其靈敏度高、體積小、重量輕、成本低，大大人工安全檢測，經(jīng)常應(yīng)用在不同的傳感器技術(shù)和貨物的安全檢測中。

1 電子鼻的工作原理

仿生電子鼻被廣泛應(yīng)用在系統(tǒng)工作中，人類嗅覺系統(tǒng)由神經(jīng)細(xì)胞的嗅覺神經(jīng)元，即嗅囊和嗅中樞的大腦組成。嗅覺神經(jīng)元主要由嗅覺和神經(jīng)兩部分組成。具有高靈敏度和高交叉靈敏度分析氣味的能力。嗅覺神經(jīng)元對小神經(jīng)元的信息，能夠進(jìn)行模型性質(zhì)的提取和處理。嗅覺中樞首先在大腦中處理并傳遞給大腦相關(guān)信息。大腦其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并進(jìn)行分析鑒定，仿生電子鼻的工作原理就像動物的鼻子一樣。該過程可以概括如下：氣體傳感器和數(shù)據(jù)處理，以及模式識別計算和分析結(jié)果的識別。一般的仿生電子鼻系統(tǒng)包括集成氣體傳感器、信號處理和模式識別三個組成部分。這三部分是根據(jù)人的嗅覺系統(tǒng)三個結(jié)構(gòu)設(shè)置而成的。

1.1 氣體傳感器

許多不同類型的傳感器，集成的氣體傳感器具有不同的氣體作用，隨著化學(xué)成分的變化而變化，所以對于物理測量的陣列傳感器有一定的要求。首先要進(jìn)行具有數(shù)據(jù)連接功能，并且能夠進(jìn)行某些類型的氣體的檢測。利用氣體傳感器重疊的特性，形成特定的氣體識別特征，進(jìn)行具體促進(jìn)設(shè)計特征的表達(dá)。

1.2 鼻子模式

鼻子模式匹配是仿生電子鼻系統(tǒng)中，氣體定性或定量分析專用算法的重要組成部分，包括最小二乘法、伙伴關(guān)系與合作協(xié)議、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是其中之一。而其中最常用的模式識別。

2 仿生電子鼻在危險品檢測方面應(yīng)用的分析

2.1 傳感器需要選擇合理的尺寸、可逆性、光譜響應(yīng)、響應(yīng)時間短

目前使用的氣體傳感器具有金屬-半導(dǎo)體、電學(xué)和光學(xué)傳感器、導(dǎo)電聚合物和質(zhì)量。用于與各種傳感器或混合物的連接，促進(jìn)整體的進(jìn)步與發(fā)展，實現(xiàn)仿生電子鼻在危險品檢測方面更大的應(yīng)用。

2.2 交叉反應(yīng)的反應(yīng)溫度

傳感器輸出前信號和氣體成分的適當(dāng)判定和信號濃度的方法，同時在危險品檢測方面的選擇也起著非常重要的作用。如果被測氣體在傳感器和短時接觸室中，氣體傳感器和電氣信號通過電子線路和a/d增強為數(shù)字信號微處理或信號，信號來自預(yù)處理。響應(yīng)曲線聲學(xué)信息在室內(nèi)，模式為向量模式。根據(jù)氣體傳感器的類型、模式識別方法和識別任務(wù)的選擇對信號進(jìn)行預(yù)處理。

2.3 模式識別

電子鼻使用的模式識別方法分為以下幾類：統(tǒng)計模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計模式識別、經(jīng)典多維分類方法、傳感器信息等。近年來，特別是統(tǒng)計分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論得到了廣泛的提升。與傳統(tǒng)的模式識別技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，具有很強的管理性、處理能力強、容錯性好和較好的效果。在危險品檢測時，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)的效果。

3 仿生電子鼻在危險品檢測方面的前景

仿生電子鼻科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用是非常廣泛的，是進(jìn)行創(chuàng)新的新產(chǎn)品，在商場用仿生電子鼻系統(tǒng)確保商場的安全，并且可以根據(jù)危險品的的特征進(jìn)行持續(xù)深入的保護(hù)。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步和嗅覺的深入理解，電子鼻功能在人們的生產(chǎn)和生活中越來越受到人們的重視和歡迎。在嗅覺的評價中，仿生電子鼻不僅具有嗅覺能力，而且具有再現(xiàn)性的主觀性和強烈的差異性。仿生電子鼻是一種模仿嗅覺系統(tǒng)，自20世紀(jì)80年代初發(fā)展以來，得到了人們的高度關(guān)注，對其在危險品檢測方面的應(yīng)用也進(jìn)行了廣泛的檢測。仿生電子鼻可以實時地參考各種氣體，分析其自身的特征。具有良好的再現(xiàn)性、快速響應(yīng)性、寬的測量范圍，適合人們對氣體等危險品的識別。仿生電子鼻的技術(shù)發(fā)展與相關(guān)模式識別電子鼻技術(shù)在乳品、醫(yī)藥、食品和茶葉等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，在一定意義上促進(jìn)了社會的發(fā)展和進(jìn)步。

4 結(jié)論

仿生電子鼻是由不同類型的氣體傳感器或不同的選擇性氣敏傳感器組成的，通過提高寬頻帶和交叉?zhèn)鞲衼泶_保其工作的穩(wěn)定性。仿生電子鼻系統(tǒng)與氣體傳感器密切相關(guān)，只有加強對氣體傳感器的研究，才能從真正意義上實現(xiàn)對仿生電子鼻應(yīng)用的發(fā)展。例如，對于環(huán)境非常敏感、溫度和濕度，進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄，不僅氣體和反應(yīng)結(jié)果的準(zhǔn)確性，還要對其他危險品的檢測進(jìn)行精確意義上的評定，達(dá)到理想的效果。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，仿生電子鼻一定會解決目前存在的這些問題，實現(xiàn)對危險品的精確檢測。