Kako deluje elektronski nos?

Uvod:

Elektronski nos je naprava, ki učinkoviteje zazna vonj kot človeški voh. Elektronski nos je sestavljen iz mehanizma za kemično detekcijo. Elektronski nos je inteligentna zaznavna naprava, ki uporablja vrsto plinskih senzorjev, ki se selektivno prekrivajo skupaj s komponento reorganizacije vzorca. Zdaj elektronski nosovi danes zagotavljajo zunanje koristi številnim komercialnim panogam, kmetijstvu, biomedicini, kozmetiki, okolju, hrani, vodi in različnim znanstvenim področjem. Elektronski nos zazna nevarne ali strupene pline, ki jih človeški vohljači ne morejo.

Elektronski nos

Vonji so sestavljeni iz molekul, ki imajo določeno velikost in obliko. Vsaka od teh molekul ima ustrezen velik in oblikovan receptor v človeškem nosu. Ko določen receptor prejme molekulo, pošlje signal možganom in možgani prepoznajo vonj, povezan z določeno molekulo. Elektronski nos deluje na podoben način kot človek. Elektronski nos uporablja senzorje kot receptor. Ko določen senzor sprejme molekule, odda signal v program za obdelavo in ne v možgane.

Načelo delovanja elektronskega nosu:

Elektronski nos je bil razvit z namenom posnemanja človeškega voha, katerega funkcije niso ločen mehanizem, torej vonj ali okus zaznamo kot globalni odtis prstov. Instrument je v bistvu sestavljen iz niza senzorjev, modulov za reorganizacijo vzorcev in vzorčenja prostora za ustvarjanje signalnega vzorca, ki se uporablja za karakterizacijo vonjav. Elektronski nos je sestavljen iz treh glavnih delov, ki so sistem za zaznavanje, računalniški sistem in sistem za dostavo vzorcev.

Elektronski diagram blokade nosu

Sistem dostave vzorca: Sistem za dovajanje vzorca omogoča ustvarjanje prostora za vzorec ali hlapne spojine, ki je analizirana frakcija. Sistem nato pošlje ta prostor za glavo v sistem za zaznavanje elektronskega nosu.

Sistem zaznavanja: Sistem za odkrivanje, ki je sestavljen iz skupine senzorjev, je reaktivni del instrumenta. Ko so takrat v stiku z hlapnimi spojinami, reagirajo in povzročajo spremembe v električnih lastnostih.

Računalniški sistem: V večini elektronskih nosov je vsak senzor na svoj način občutljiv na vse molekule. Vendar pa se v bioelektričnih nosovih uporabljajo receptorski proteini, ki se odzivajo na posebne molekule vonja. Večina elektronskih nosov uporablja senzorske nize, ki reagirajo na hlapne spojine. Kadar senzorji zaznajo kakršen koli vonj, se zabeleži poseben odziv, da se signal prenese v digitalno vrednost.

Pogosteje uporabljeni senzorji v elektronskem nosu

Kovinski oksidni polprevodnik (MOSFET)

Prevajanje polimerov

Kremenčevo kristalno mikroteža

Piezoelektrični senzorji

Senzorji za kovinski oksid

Polprevodniški senzor za kovinski oksid:

To se uporablja za preklapljanje ali ojačevanje elektronski signali. Načelo delovanja MOSFET-a je, da se molekule, ki vstopajo v območje senzorja, napolnijo pozitivno ali negativno, kar neposredno vpliva na električno polje znotraj MOSFET-a.

Senzorji za kovinski oksid: (MOS)

Ta senzor temelji na adsorpciji molekul plina, da povzroči spremembo prevodnosti. Ta sprememba prevodnosti je merilo količine adsorbiranih hlapnih organskih spojin.

Piezoelektrični senzorji:

Adsorpcija plina na površini polimera povzroči spremembo mase na površini senzorja. Ta čas povzroči spremembo resonančne frekvence kristala.

Mikro tehtnica iz kvarčnega kristala:

To je način merjenja mase na enoto površine z merjenjem spremembe frekvence kristalnega resonatorja. To lahko shranite v podatkovno bazo.

Prevajanje polimerov:

Prevodni polimerni senzorji za plin delujejo na podlagi spremenjene električne upornosti zaradi adsorpcije plinov na površino senzorja.

Analiza podatkov za elektronski nos:

Za zagotovitev je treba analizirati in interpretirati digitalni izhod, ki ga ustvarjajo elektronski senzorji za nos. Obstajajo tri glavne vrste komercialno dostopnih tehnik.

• Grafična analiza
• Multivariatna analiza podatkov
• Analiza omrežja

Analiza podatkov za elektronski nos

Izbira uporabljene metode je odvisna od razpoložljivih vhodnih podatkov senzorjev.

Najenostavnejša oblika zmanjšanja podatkov je grafična analiza, uporabna za primerjavo vzorcev ali primerjavo elementov za identifikacijo vonjav neznanih analitikov glede na tiste iz znanih virov v referenčnih knjižnicah.

Multivariatna analiza podatkov ustvari nabor tehnik za analizo podatkov, ki so usposobljene ali neizurjene tehnike. Netrenirane tehnike se uporabljajo, kadar podatkovna baza znanih vzorcev še ni bila zgrajena. Najenostavnejša in najpogosteje uporabljena netrenirana tehnika MDA je analiza glavnih komponent. Elektronska analiza podatkov o nosu MDA je zelo uporabna, kadar imajo senzorji delno občutljivost na pokritost posameznih spojin, ki so prisotne v mešalniku vzorcev. PCA je najbolj uporaben, kadar ni na voljo nobenega znanega vzorca.

Nevronska mreža je najbolj znana in najbolj izpeljana analitična tehnika, ki se uporablja v statističnih programskih paketih za komercialno dostopni elektronski nos.

Za primere elektronski nosni sistem za zaznavanje vonja po sadju:

Elektronski nosni sistem

Predlagani elektronski sistem za nos je bil preizkušen z vonji treh sadežev, in sicer lemana, banane in ličija. Vonje smo pripravili tako, da smo v lomilce, zaprte s pokrovom, položili vzorec sadja. 8051 je bil nastavljen na način testiranja ali treninga. Če je sistem v načinu vadbe, je vrednost LCD prikazana na LCD-prikazovalniku. Če je sistem v načinu testiranja, je na LCD-prikazovalniku prikazan rezultat razvrščanja ciljnega sadja. Niz senzorjev dovaja plin skozi ventil1, ki je običajno zaprt. Vakuumska črpalka je vklopljena za 20 sekund, da črpa plin iz senzorske mreže.

Namestitev preskusa plina za predlagani sistem E-Nose

Vrednost1 je bila zaprta in upor senzorja je dobil 60 sekund, da je dosegel način študije. Rezultat razvrstitve značilne vrednosti senzorjev se je pojavil na LCD-prikazovalniku. Komora senzorskega sklopa je bila odklopljena od lomilca vzorcev sadja in ventil1 je bil odprt za obračanje svežega zraka, ventil 2 pa je bil odprt, da so vonji izčrpani. Komoro smo dve minuti prezračevali s svežim zrakom.

Uporaba elektronskega nosu:

• Medicinska diagnostika in spremljanje zdravja
• Monitoring okolja
• Uporaba v živilski industriji
• Odkrivanje eksploziva
• Vesoljske aplikacije (NASA)
• Raziskovalne in razvojne industrije
• Laboratoriji za nadzor kakovosti
• Oddelek za proces in proizvodnjo
• Odkrivanje vonjav zdravil
• Odkrivanje škodljivih bakterij

Upam, da imate zdaj idejo o tem, kako deluje elektronski nos. če obstajajo vprašanja glede tega koncepta ali glede električnih in elektronski projekt prosimo, pustite spodnji odsek za komentarje.

Foto:

• Elektronski nos znanstvena dialija
• Elektronski diagram blokade nosu avtor origin-ars.els-cdn
• Elektronski nosni sistem by mdpi