Introducere:

Nasul electronic este un dispozitiv care detectează mirosul mai eficient decât simțul mirosului uman. Un nas electronic constă dintr-un mecanism de detectare chimică. Nasul electronic este un dispozitiv inteligent de detectare care utilizează o serie de senzori de gaz care se suprapun selectiv împreună cu o componentă de reorganizare a modelului. Acum, zilnic, nasurile electronice au oferit beneficii externe unei adevărate industrii comerciale, agricultură, biomedicală, cosmetică, de mediu, alimentară, de apă și diverse domenii de cercetare științifică. Nasul electronic detectează gazele periculoase sau otrăvitoare care nu sunt posibile pentru adulmecătorii umani.

Nas electronic

Mirosurile sunt compuse din molecule, care au o dimensiune și o formă specifice. Fiecare dintre aceste molecule are un receptor corespunzător de dimensiuni și forme în nasul uman. Când un receptor specific primește o moleculă, acesta trimite un semnal către creier și creierul identifică mirosul asociat cu molecula respectivă. Nasurile electronice funcționează într-un mod similar cu cel uman. Nasul electronic folosește senzori ca receptor. Atunci când un senzor specific primește moleculele, acesta transmite semnalul către un program pentru procesare, mai degrabă decât către creier.

Principiul de lucru al nasului electronic:

Nasul electronic a fost dezvoltat pentru a imita olfacția umană ale cărei funcții sunt mecanisme nedeparte, adică mirosul sau aroma sunt percepute ca o amprentă globală. În esență, instrumentul constă din matrice de senzori, module de reorganizare a modelelor și eșantionarea spațiului de cap, pentru a genera un model de semnal care este utilizat pentru caracterizarea mirosurilor. Nasul electronic este format din trei părți majore care sunt sistemul de detectare, sistemul de calcul, sistemul de livrare a probelor.

Diagramă electronică bloc nas

Sistemul de livrare a probelor: Sistemul de livrare a probei permite generarea spațiului de cap al eșantionului sau al compușilor volatili, care este o fracțiune analizată. Sistemul trimite apoi acest spațiu al capului în sistemul de detectare a nasului electronic.

Sistemul de detectare: Sistemul de detectare care constă dintr-un grup de senzori este partea reactivă a instrumentului. Când sunt în contact cu compuși volatili în acel moment, senzorii reacționează provocând modificări ale caracteristicilor electrice.

Sistemul de calcul: În majoritatea nasurilor electronice, fiecare senzor este sensibil la toate moleculele în modul lor specific. Cu toate acestea, în nasurile bioelectrice sunt utilizate proteinele receptorilor care răspund la molecule specifice de miros. Majoritatea nasurilor electronice folosesc matrici de senzori care reacționează la compuși volatili. Ori de câte ori senzorii simt miros, se înregistrează un răspuns specific, semnalul fiind transmis în valoarea digitală.

Senzorii mai utilizați în nasul electronic

Semiconductor cu oxid de metal (MOSFET)

Conducerea polimerilor

Microbalanța cristalelor de cuarț

Senzori piezoelectrici

Senzori de oxid metalic

Senzor semiconductor cu oxid de metal:

Aceasta este folosită pentru comutare sau amplificare semnale electronice. Principiul de lucru al MOSFET este că moleculele care intră în zona senzorului vor fi încărcate pozitiv sau negativ, care au efect direct asupra câmpului electric din interiorul MOSFET.

Senzori de oxid metalic: (MOS)

“lucrați cu o rețea ethernet 10base2 mai veche ”

Acest senzor se bazează pe adsorbția moleculelor de gaz pentru a provoca schimbarea conductivității. Această modificare a conductivității este măsura cantității de compuși organici volatili adsorbiți.

Senzori piezoelectrici:

Adsorbția gazului pe suprafața polimerului duce la schimbarea masei pe suprafața senzorului. Acest lucru este la rândul său produce o schimbare în frecvența de rezonanță a cristalului.

Microbalanța cristalelor de cuarț:

Acesta este un mod de măsurare a masei pe unitate de suprafață prin măsurarea modificării frecvenței rezonatorului de cristal. Aceasta poate fi stocată într-o bază de date.

Polimeri conducători:

Senzorii conductivi de gaz polimeric funcționează pe baza rezistenței electrice modificate cauzată de adsorbția gazelor pe suprafața senzorului.

Analiza datelor pentru nasul electronic:

Ieșirea digitală generată de senzorii de nas electronici trebuie analizată și interpretată pentru a furniza. Există trei tipuri principale de tehnici disponibile în comerț.

Analiza grafică
Analiza datelor multivariate
Analiza rețelei

Analiza datelor pentru nasul electronic

Alegerea metodei utilizate depinde de datele de intrare disponibile de la senzori.

Cea mai simplă formă de reducere a datelor este o analiză grafică utilă pentru compararea eșantioanelor sau compararea elementelor de identificare a mirosurilor analiștilor necunoscuți în raport cu cele ale surselor cunoscute din bibliotecile de referință.

“rms ale unei unde sinusoidale ”

Analiza datelor multivariate generează un set de tehnici pentru analiza datelor care sunt tehnici instruite sau neinstruite. Tehnicile neantrenate sunt folosite atunci când o bază de date a probelor cunoscute nu a fost construită anterior. Cea mai simplă și mai utilizată tehnică MDA neantrenată este o analiză componentă de principiu. Analiza electronică a datelor nasului MDA este foarte utilă când senzorii au o acoperire parțială a sensibilităților la compușii individuali prezenți într-un mixer de probă. PCA este cel mai util atunci când nu este disponibil un eșantion cunoscut.

Rețeaua neuronală este cea mai cunoscută și cea mai derivată tehnică de analiză utilizată într-un pachet software statistic pentru nasul electronic disponibil în comerț.

Pentru exemple de sistem electronic de nas pentru detectarea mirosului de fructe:

Sistem electronic de nas

Sistemul electronic propus pentru nas a fost testat cu mirosurile a trei fructe și anume, leman, banană, litchi. Mirosurile au fost preparate prin plasarea unui eșantion de fructe în spărgători sigilate cu un capac. 8051 a fost setat în modul de testare sau antrenament. Dacă sistemul este în modul de antrenament, valoarea senzorului este afișată pe ecranul LCD. Dacă sistemul este în modul de testare, rezultatul clasificării fructului țintă este afișat pe ecranul LCD. Rețeaua de senzori primește gazul prin Valva1, care este în mod normal închisă. Pompa de vid este pornită timp de 20 de secunde pentru a pompa gazul din rețeaua de senzori.

Configurarea testării gazului pentru sistemul propus E-Nose

Valoarea 1 a fost închisă și rezistența senzorului a fost dată cu 60 de secunde pentru a ajunge la un mod de stare de studiu. Rezultatul clasificării valorii caracteristice a senzorilor a apărut pe ecranul LCD. Camera senzorului a fost deconectată de la întrerupătorul de probe de fructe și supapa 1 a fost deschisă pentru a transforma aerul proaspăt, supapa 2 a fost deschisă astfel încât mirosurile să fie pompate. Camera a fost aerisită cu aer proaspăt timp de două minute.

Aplicarea nasului electronic:

Diagnostic medical și monitorizare a sănătății
Monitorizarea mediului
Aplicare în industria alimentară
Detectarea explozivului
Aplicații spațiale (NASA)
Industrii de cercetare și dezvoltare
Laboratoare de control al calității
Departamentul de proces și producție
Detectarea mirosurilor de droguri
Detectarea bacteriilor dăunătoare

Sper că acum aveți o idee despre cum funcționează nasul electronic. dacă aveți întrebări cu privire la acest concept sau la electricitate și proiect electronic vă rugăm să lăsați secțiunea de comentarii de mai jos.

Credit foto: