电子鼻系统中的关键传感器解析
电子鼻与电子舌技术在食品检测中的运用
电子鼻与电子舌技术在食品检测中的运用刘燕琪时丽韩孔艳张晓旭李俊娟孔治云于靖宇（河南农业大学食品科学技术学院 08级食品科学与工程四班）摘要:随着嗅觉与味觉传感器技术的发展,电子鼻与电子舌技术在食品检测中得到了不断研究与应用。
电子鼻由气敏传感器、信号处理和模式识别系统等功能器件组成；电子舌是用类脂膜作为味觉传感器,以类似人的味觉感受方式检测味觉物质。
着重阐述了电子鼻与电子舌技术的结构组成,重点介绍了其在食品新鲜度检测、果蔬成熟度评价及饮料、酒类识别等轻工业中的应用现状与发展趋势,并指出了这些信息新技术实现过程中所需要解决的问题。
关键词:电子鼻;电子舌;食品;检测一、电子鼻与电子舌的提出目前，在很多领域仍然应用人或动物的嗅觉对气味进行分辨、识别或评价，如利用人的嗅觉或味觉评价食品(如咖啡、白酒等的质量)、利用狗的嗅觉检测毒品和爆炸物等。
动物的嗅觉具有灵敏度高、容错性强等优点，而且具有训练、学习功能。
但是，动物，特别是人的嗅觉系统有一定的主观性，并且在一个环境中待久了，嗅觉系统容易疲劳，也就是所谓的“久入芝兰之室而不闻其香，久入鲍鱼之肆而不闻其臭”，更重要的是，在自动化程度高的领域，如在食品工业，由于生产过程中很多环节已经实现了自动化，而用人工去评价原料、成品或半成品的品质已经成为制约生产效率进一步提高的瓶颈。
如果有一个模拟嗅觉分辨机理的设备，它能克服单个传感器的缺点，既能检测特定的气体，又能评价混合气体或挥发性化学物质，再加上它不会疲劳，并可以给出客观的数据或结论，那么这种设备将会在某些领域部分或完全替代动物的嗅觉，在特殊环境条件下更将大有用武之地。
虽然生物学家至今尚未完全理解嗅觉感受和气味辨别所涉及的生物化学机理，但是相关技术的发展使得通过电子方法模拟动物的鼻子和舌头成为可能。
现在随着嗅觉与味觉传感器技术的发展,电子鼻与电子舌技术在食品检测中得到了不断研究与应用。
二、电子鼻与电子舌的简要介绍食品品质通常是通过气味、外观、质地、滋味和营养等方面来评价的。
MOS型电子鼻关键问题研究及其应用
MOS型电子鼻关键问题研究及其应用摘要：本文研究了MOS型电子鼻的关键问题及其应用。
首先介绍了MOS型电子鼻的组成和原理，探讨了气敏元件材料、传感器结构和信号处理等关键技术。
在此基础上，分析了电子鼻在食品安全监测、环境污染检测、医疗诊断等领域的应用现状和未来发展方向。
研究结果表明，MOS型电子鼻具有高灵敏度、选择性和稳定性等优点，在多个领域得到了广泛应用和推广。
关键词：MOS型电子鼻；气敏元件；传感器结构；信号处理；应用一、引言近年来，人工智能、物联网等新兴技术的迅速发展，带动了传感器技术的快速发展。
特别是电子鼻技术，应用越来越广泛。
电子鼻是模拟生物嗅觉系统的一种人工嗅觉技术，具有异于其他技术的优越性。
目前，常规的电子鼻有光学、电化学、晶体管等类型，但由于内部光阴极灵敏度不够高，滤光玻璃带来的损失较大，使得精度上有所欠缺。
与之相比，MOS型电子鼻由于具有高灵敏度、选择性和稳定性等特点，已成为研究的热点。
二、MOS型电子鼻组成和原理MOS型电子鼻主要由传感器材料、电路模块、信号处理模块、显示模块等几个部分组成。
传感器材料是实现检测和识别的关键，主要包括气敏元件、纳米气体传感器、电容加热器等，其中气敏元件是MOS型电子鼻中最常用的传感器材料。
MOS型电子鼻的原理是通过气敏元件的电阻、电容、电感等物理参数的变化，实现对环境空气成分的感知和识别。
气敏元件是一种半导体材料，具有良好的响应特性，当环境中的有害气体、臭味等进入气敏元件时，会引起材料内部的电阻、电容、电感等物理参数的变化。
这种变化被采集到电路中，经过信号处理后，就可以得到相应的识别结果。
三、MOS型电子鼻的关键技术问题1.气敏元件材料：气敏元件是MOS型电子鼻中最关键的部分，其灵敏度、选择性和稳定性都至关重要。
常用的气敏元件材料包括SnO2、ZnO、TiO2等金属氧化物半导体材料。
要想提高气敏元件的灵敏度和选择性，需要优化材料的制备方法，同时控制材料的结构和形貌，以优化其表面的化学反应活性。
电子鼻气味识别传感器的应用设计
电子鼻气味识别传感器的应用设计
电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可
以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定位置的气味状况。
电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能
器件组成。
电子鼻识别气味的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是低响应，同样，二号气体产生高响应的传感器对一号气体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使系统能根据传感器的响应图案来识别气味。
电子鼻的类型很多，其典型的工作程式是：首先，利用真空泵把空气取样吸取至装有电子传感器阵列的小容器室中。
接着，取样操作单元把已初始化的传感器阵列暴露到气味体中，当挥发性化合物(VOC)与传感器活性材料表面
相接触时，就产生瞬时响应。
这种响应被记录并传送到信号处理单元进行分析，与数据库中存储的大量VOC 图案进行比较、鉴别，以确定气味类型。
最后，
要用酒精蒸气“冲洗”传感器活性材料表面以去除测毕的气味混合物。
在进入下
一轮新的测量之前，传感器仍要再次实行初始化(即工作之间，每个传感器都需用干燥气或某些其它参考气体进行清洗，以达到基准状态)。
被测气味作用的时间称为传感器阵列的“响应时间”，清除过程和参考气体作用的初始化过程所花
的时间称为“恢复时间”。
在电子鼻系统中，气体传感器阵列是关键因素。
除基本的气相色谱(GC) 分析法以外，电子鼻传感器的主要类型还有导电型传感器、压电类传感器、场效应传感器、光纤传感器等。
电子鼻技术的研究进展及其在中药行业中的应用
电子鼻技术的研究进展及其在中药行业中的应用随着科技的不断进步和发展，电子鼻技术也随之崛起。
电子鼻技术是一种基于电子组件制成的人工嗅觉系统，它可以感知各种气味，并辨别气味的类型和来源。
在近年来的研究中，电子鼻技术被广泛应用于医疗、食品、化工等领域，同时也被引入了中药行业。
电子鼻技术源于人类和某些动物的嗅觉系统，然而它与生物的嗅觉系统相比，具有更高的准确性和稳定性，可以实现自动化的气味检测和辨别。
电子鼻系统通常由传感器、信号转换器、数据处理器和显示器等组成。
其中，传感器是电子鼻的核心部件，其选择和设计直接关系到传感器的响应特性和精度。
在电子鼻技术的研究中，传感器的种类和性质一直是关注的热点。
目前，主要的传感器类型包括半导体传感器、电化学传感器、光学传感器、重量传感器、热导传感器等。
在这些传感器中，半导体传感器是最常用的，由于其响应速度快、灵敏度高、可重复性好等优点，广泛应用于电子鼻的研究和设计中。
除了传感器的选择外，数据处理算法也是电子鼻技术的另一个重要研究方向。
这些算法主要包括模式识别、人工神经网络、支持向量机等。
这些算法可以使电子鼻系统能够对气味进行快速准确的辨别和识别，同时也可以对识别结果进行综合分析和统计。
中药是我国的传统特色医药资源，具有广泛的应用前景和市场前景。
然而，由于药材的种类繁多，易混淆，因此中药材行业的质量控制一直成为制约中药行业发展的重要问题。
电子鼻技术可以在中药材的质量控制和分析中发挥作用，从而提高中药行业的发展和质量。
在中药材的质量检测和分析中，电子鼻技术可以实现对药味、香味、异味等气味的快速检测和辨识，以此来判断中药的真假和品质。
同时，在中药材的分类和鉴别中，电子鼻技术也可以实现对中药材的产地、品种、部位等的快速识别和分类，为中药材的生产和销售提供可靠的检测手段。
此外，电子鼻技术可以与其他检测技术相结合，形成多元检测体系，从而更加全面、细致地对中药材的质量进行分析和评价，提高中药材的质量和安全。
电子鼻的实验原理
电子鼻的实验原理电子鼻是一种模拟人类嗅觉系统的仪器，它能够通过感知和辨认气体成分，实现气味的检测和分类。
电子鼻的实验原理主要包括气体传感器的选择和电子鼻模型的建立。
1. 气体传感器的选择电子鼻中常用的气体传感器包括半导体传感器、石英晶体微天平、金属氧化物传感器和电化学传感器等。
每种传感器都有其自身的灵敏度范围、选择性和耐久性等特点，因此在实验中需要根据需要的气体检测范围和要求来选择合适的传感器。
半导体传感器的工作原理是通过表面吸附和电导率变化来检测气体。
半导体传感器的灵敏度高，响应速度快，价格较低，但是其选择性较差，容易受到环境条件的影响。
石英晶体微天平是一种基于微重量及其薄膜的吸附质量变化原理的传感器，通过检测气体吸附在薄膜上的质量变化来判断气体成分。
石英晶体微天平具有高精度、高选择性和较低的功耗，但价格较高。
金属氧化物传感器基于半导体氧化物材料表面对气体吸附和电学性质的变化来检测气体。
金属氧化物传感器具有高灵敏度、较好的选择性和较低的功耗，但存在响应时间较长的问题。
电化学传感器是通过电极与气体之间的电荷转移反应来检测气体成分的传感器。
电化学传感器具有高选择性和较低的功耗，但是其响应速度较慢，且易受温度和湿度等环境条件的影响。
在实验中，根据需要检测的气体成分和实验条件等，可以选择适合的传感器或利用多个传感器组合来构建电子鼻。
2. 电子鼻模型的建立电子鼻模型的建立是电子鼻实验的重要部分，通过建立合适的模型可以更准确地对气体进行分类识别。
电子鼻模型主要包括数据采集、特征提取和模式识别三个步骤。
数据采集是指利用传感器获取气体样本的数据。
在实验中，通过将气体样本吹入传感器中，在不同的浓度或不同的气体成分下采集传感器的响应数据。
这些数据可以包括电流、电压或阻抗等信息。
特征提取是将从传感器中获得的原始数据转化为能够反映气体特征的特征向量。
常用的特征提取方法包括主成分分析、小波变换和时域统计等。
通过提取气体样本中的有用信息，可以减少数据的冗余性并提高分类的准确性。
医用电子鼻传感器系统的发展
如果用电子鼻模拟人的嗅觉系统 ,那么 ,传感器阵列就 相当于嗅细胞群 。通常 ,传感器阵列可以由多个分立的广 谱型传感器组成 ,也可以采用集成工艺制作专用的传感器 阵列 。电子鼻系统利用各个气敏器件对复杂成分气体都有 响应却又互不相同的特性 ,使阵列输出信号所构成的高维 空间蕴涵更加丰富的信息 ,并借助主成分分析 、人工神经网 络等数据处理方法对各种气体进行分析和识别 。常用的几 种分立气体传感器如表 1所示 。
高灵敏度 ,气体选择性出色 ,在低浓度的范围内输出 , 呈直线性 ,通常配以变送器 。
英国城市技术公司 、瑞士 Membrapor公司 、德国 IT公司等
导电型聚合物型 ( conducting polymer, CP )
常温工作 、无需加热 、响应存在时漂 ,对湿度极为敏感 , 易掩盖和干扰对气体的正常响应 。
美国 e2v公司 、美国德康公司 、 英国城市技术公司等
光离子化传感器 ( photo2ionization detector, P ID )
响应速度快 、检测种类多 、灵敏度高 , 无中毒问题 、安全可靠 ;价格较高 。
美国 RAE公司 、美国德康公司和 英国离子公司等
①质量型气体传感器主要有 2种 :石英晶体微天平型 ( quartz crystal m icrobalance / quartz m icrobalance, QCM /QMB )和声表面波型 ( surface a2
2006年 第 25卷 第 4期 传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technologies)
医用电子鼻及传感器灵敏度研究
重庆大学硕士学位论文医用电子鼻及传感器灵敏度研究姓名：代才莉申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：田逢春20070420。
重庆大学硕士学位论文２医用电子鼻原理２医用电子鼻原理医用电子鼻是一种特殊的电子鼻，乳动物的嗅觉系统，实现气味的识别。
其原理与电子鼻完全相同，即模拟人与哺其主要由传感器阵列和模式识别技术组成。
２．１生物嗅觉系统原理２．１．１嗅觉产生的机理人类和其它哺乳动物的嗅觉系统十分发达，在识别气味的过程中，不必知道这些气味的化学组成与浓度，就可以在极短的时间内对气味作出判断。
现以人鼻为例来说明嗅觉机理，见图２．１【３５】。
图２．１主要的嗅觉组织Ｆｉｇ２．ＩＴｈｅｍａｉｎｎａｓａｌｅｐｉｔｈｅｌｉｕｍ．Ｏｌｆａｃｔｏｒｙｂｕｌｂ：嗅球；Ｍａｉｎｏｌｆａｃｔｏｒｙｅｐｉｔｈｅｌｉｕｍ：主要嗅觉上皮组织；Ｎａｓａｌｃａｖｉｔｙ．－鼻腔；Ｖｏｈｍｅｏｄｏｒａｎｔｃｏｍｐｏｕｎｄ：挥发性气味成分；Ｓｅｎｓｏｒｙｎｅｕｒｏｎ：感觉神经细胞；Ｃｉｌｉａ：纤毛；Ｍｕｃｏｕｓｌｉｎｉｎｇ：嗅黏膜上皮气味分子首先被上皮细胞的黏液吸附，然后扩散到纤毛处与嗅黏膜受体结合，进而与蛋白质感受器反应，反应增加了嗅纤毛的通透性，改变了嗅黏膜的电导，引起膜电位的变化。
这样嗅细胞就产生感受器电位并导致嗅神经纤维产生神经冲动，嗅觉感受器能在几毫秒内对挥发物质起反应。
嗅泡是一个典型的分层结构。
它由嗅小球层、僧帽细胞层和粒状细胞层构成。
图３．２ＴＧＳ８２２气体传感器外观Ｆｉｇｕｒｅ３．２Ｔｈｅａｐｐｅｍ＂ｍｌｃｅｏｆＴＧＳ８２２ｇａｓｓａｌｓｏｆＴＧＳ８２２基本测试电路如下图：硼ｔ图３．３ＴＧＳ８２２气体传感器的基本测试电路Ｆｉｇｕｒｅ３．３ＴｈｅｂａｓｉｃｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒＴＧＳ８２２ｇａｓｓｅｎｓｏｒ其中，ＶＨ为加热电压，使ＴＧＳ８２２传感器在高温下工作；Ｖｃ为工作电压，当传感器放在被测气体中时，传感器的工作电阻发生改变，与之串联的负载Ｒ－Ｌ上的电压就随之发生改变，这就使传感器的对气体产生的响应转化为电压信号。
解密气味传感器
解密气味传感器今天，小编为您揭开气味传感器的神秘面纱，精彩内容不容错过！随着人类对嗅觉识别过程理解的深入以及传感技术的发展，“电子鼻”技术应运而生。
“电子鼻”是模拟动物嗅觉器官来识别一种或多种气味分子的气敏传感系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定区域的气味状况。
与传统的气味分析技术，如气相色谱法，质谱法、火焰离子化检测法等相比，“电子鼻”技术具有快捷、简便、经济、客观、准确等优点。
“电子鼻”因其独特的功能广泛应用于食品、医药、农业、环境监控及公共安全等领域。
从生物嗅觉原理出发进行“电子鼻”的设计是“电子鼻”技术研究的发展方向。
“电子鼻”的核心是气敏传感器阵列，因此根据生物嗅觉原理发展高灵敏度、高可靠性的气味识别生物传感器是电子鼻技术发展的关键。
在这一领域，纳米材料呈现出与传统块体材料截然不同的性质，其独特的性质为生物传感器发展提供了全新的途径。
基于纳米材料的传感器具有灵敏度高、特异性好、响应迅速等优点。
目前，基于石墨烯的传感器需要液相条件下进行目标气味分子检测，限制了器件应用；基于碳纳米管的传感器采用的碳纳米管利用现有合成方法制备，多为金属和半导体混合纳米管，器件性能稳定性差；碳纳米材料表面的疏水性带来的纳米毒性还会降低生物敏感材料（如蛋白分子）的稳定性，对生物传感器的耐久性影响很大。
在此，我们就重点介绍一下一种基于硅纳米线的生物气味传感器，鉴于硅的化学特性比碳稳定得多，这种传感器还是大有前景的。
这种气味传感器是一种生物传感器，以硅纳米线为换能器，以昆虫气味结合蛋白OBP为生物敏感元件。
昆虫气味结合蛋白OBP，优选自冈比亚按蚊（AnopheleGambiae）气味结合蛋白OBP。
硅纳米线表面连接修饰OBP蛋白分子的方法这种生物传感器，以昆虫气味结合蛋白为生物敏感元件，利用气味分子与OBP分子的特异性结合，造成OBP分子构象的改变，从而使硅纳米线表面的电荷密度发生变化，通过检测硅纳米线电阻/电流的变化，实现对气味分子的高灵敏、实时检测。
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电子鼻系统中的关键传感器解析
电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定位置的气味状况。
电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能器件组成。
电子鼻识别气味的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是低响应，同样，二号气体产生高响应的传感器对一号气体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使系统能根据传感器的响应图案来识别气味。
电子鼻的类型很多，其典型的工作程式是：首先，利用真空泵把空气取样吸取至装有电子传感器阵列的小容器室中。
接着，取样操作单元把已初始化的传感器阵列暴露到气味体中，当挥发性化合物（VOC）与传感器活性材料表面相接触时，就产生瞬时响应。
这种响应被记录并传送到信号处理单元进行分析，与数据库中存储的大量VOC图案进行比较、鉴别，以确定气味类型。
最后，要用酒精蒸气“冲洗”传感器活性材料表面以去除测毕的气味混合物。
在进入下一轮新的测量之前，传感器仍要再次实行初始化（即工作之间，每个传感器都需用干燥气或某些其它参考气体进行清洗，以达到基准状态）。
被测气味作用的时间称为传感器阵列的“响应时间”，清除过程和参考气体作用的初始化过程所花的时间称为“恢复时间”。
在电子鼻系统中，气体传感器阵列是关键因素。
除基本的气相色谱（GC）分析法以外，电子鼻传感器的主要类型还有导电型传感器、压电类传感器、场效应传感器、光纤传感器等。
导电性传感器的基本特点是，其置于挥发性化合物（VOC）时的响应形式是电阻值发生变化。
导电性传感器又分为金属氧化物传感器和聚合物传感器两大类。
金属氧化物传感器在电子鼻系统中应用更广泛，其结构如图1所示。
此类传感器中与VOC相接触的活性材料是锡、锌、钛、钨或铱的氧化物，衬底材料一般是硅、玻璃、塑料，发生接触反应需满足200～400℃的温度条件，因此在底部设置了加热器。
氧化物材料中用铂、钯等贵重金属搀。