一種用于蔬菜病害檢測(cè)的電子鼻的設(shè)計(jì)

時(shí)間：2021-10-19 20:49:42

關(guān)鍵字：電子鼻傳感器陣列虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡

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[導(dǎo)讀]摘要：在研究電子鼻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，文中利用金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器組成傳感器陣列，結(jié)合虛擬儀器LabVIEW平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和分析功能，設(shè)計(jì)了一種性價(jià)比較高的電子鼻系統(tǒng)。完成了以傳感器陣列為基礎(chǔ)的采集電路設(shè)計(jì)，及基于NI數(shù)據(jù)采集卡、虛擬儀器數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)的設(shè)計(jì)。最后利用電子鼻系統(tǒng)對(duì)蔬菜白粉虱病害進(jìn)行了測(cè)試。

引言

電子鼻是根據(jù)仿生學(xué)原理，由傳感器陣列、檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)化模式識(shí)別系統(tǒng)所組成的電子儀器[1]。該儀器能夠分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜氣味和大多數(shù)揮發(fā)性成分。由電子鼻檢測(cè)得到的不是被測(cè)樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果，而是得出樣品中揮發(fā)性成分的整體信息，這些信息被稱為樣品的指紋數(shù)據(jù)。利用電子鼻既能檢測(cè)特定氣體，又能評(píng)價(jià)混合氣體或揮發(fā)性化學(xué)成分。因?yàn)槠渚哂性诰€檢測(cè)速度快、靈敏度高、不會(huì)發(fā)生嗅覺疲勞、對(duì)樣品無需預(yù)處理、操作簡(jiǎn)單，并能夠得出樣品客觀的檢測(cè)結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已發(fā)展成為環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品質(zhì)量檢測(cè)、飲料以及農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)和加工等領(lǐng)域一項(xiàng)便捷的檢測(cè)技術(shù)[2]。

近年來，電子鼻技術(shù)受到了越來越廣泛的關(guān)注。程紹明利用電子鼻對(duì)番茄苗的早疫病病害進(jìn)行了檢測(cè)和分析 [1]。朱娜等[3] 利用電子鼻對(duì)草莓貯藏期常見的霉菌感染進(jìn)行了檢測(cè)。陳辰星等[4] 利用傳感器、單片機(jī)搭建的電子鼻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰箱貯存食品新鮮度的檢測(cè)和識(shí)別。吳文娟等[5] 利用傳感器陣列建立的電子鼻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬肉新鮮度的快速分類。因此，電子鼻在農(nóng)作物蟲害檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方面具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，進(jìn)口的電子鼻產(chǎn)品價(jià)格昂貴，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、低成本的電子鼻系統(tǒng)意義重大。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

電子鼻系統(tǒng)如圖 1 所示，主要由采集電路、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)測(cè)量分析軟件三部分構(gòu)成 [5]。

采集電路主要用來采集樣品的氣味信息，由傳感器陣列組成，在此我們選用了六種金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器。信號(hào) 處理電路中主要利用金屬氧化物傳感器與待測(cè)樣品氣體接觸時(shí)電阻發(fā)生變化的特性，匹配電阻測(cè)量傳感器的響應(yīng)變化。響應(yīng)后的電壓值通過數(shù)據(jù)采集卡采集，數(shù)據(jù)采集卡選用美國 NI 公司研發(fā)的 16 通道高速 PCI 采集卡 6023E。采用 NI 的 LabVIEW2015 開發(fā)平臺(tái)開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)量平臺(tái)軟件。