Bevezetés:
Az elektronikus orr olyan eszköz, amely hatékonyabban érzékeli a szagot, mint az emberi szaglás. Az elektronikus orr a kémiai detektálás mechanizmusából áll. Az elektronikus orr intelligens érzékelő eszköz, amely szelektíven átfedő gázérzékelők tömbjét használja a mintázat-átrendező komponenssel együtt. Naponta az elektronikus orr külső előnyöket nyújtott a kereskedelmi ipar, a mezőgazdaság, az orvosbiológia, a kozmetika, a környezetvédelem, az élelmiszeripar, a víz és a különféle tudományos kutatási területek valóságának. Az elektronikus orr érzékeli a veszélyes vagy mérgező gázt, amely az emberi szippantók számára nem lehetséges.
Elektronikus orr
Az illatok molekulákból állnak, amelyek meghatározott méretűek és alakúak. Ezen molekulák mindegyikének megfelelő méretű és alakú receptora van az emberi orrban. Amikor egy adott receptor megkap egy molekulát, jelet küld az agynak, és az agy azonosítja az adott molekulához kapcsolódó szagot. Az elektronikus orr az emberhez hasonló módon működik. Az elektronikus orr érzékelőket használ receptorként. Amikor egy adott érzékelő befogadja a molekulákat, a jelet egy programnak továbbítja feldolgozásra, nem pedig az agyhoz.
Elektronikus orr-működési elv:
Az elektronikus orrot azért fejlesztették ki, hogy utánozza az emberi szaglást, amelynek funkciói nem különálló mechanizmusok, vagyis az illatot vagy zamatot globális ujjlenyomatként érzékelik. A műszer lényegében az érzékelők tömbjéből, a minta-átszervezési modulokból és a tértér mintavételezéséből áll, hogy előállítson olyan jelmintát, amelyet a szagok jellemzésére használnak. Az elektronikus orr három fő részből áll, amelyek a detektáló rendszer, a számítástechnikai rendszer, a minta szállító rendszer.
Elektronikus orrtömbdiagram
A minta szállítási rendszer: A minta szállító rendszer lehetővé teszi a minta vagy illékony vegyületek fejterének előállítását, amely egy elemzett frakció. A rendszer ezt a fejteret elküldi az elektronikus orr érzékelő rendszerébe.
Az érzékelő rendszer: Az érzékelők egy csoportjából álló érzékelő rendszer a készülék reaktív része. Abban az időben, amikor illékony vegyületekkel érintkezik, az érzékelők reagálnak, ami az elektromos jellemzők változását okozza.
A számítástechnikai rendszer: A legtöbb elektronikus orrban mindegyik szenzor érzékeny az összes molekulára a maga módján. A bioelektromos orrban azonban a specifikus szagmolekulákra reagáló receptor fehérjéket alkalmazzák. Az elektronikus orrok többsége érzékelő tömböket használ, amelyek reagálnak az illékony vegyületekre. Amikor az érzékelők bármilyen szagot érzékelnek, egy adott választ rögzítenek, amely a jelet továbbítja a digitális értékbe.
A leggyakrabban használt érzékelők az elektronikus orrban
Fém-oxid félvezető (MOSFET)
Polimerek vezetése
Kvarckristályos mikromérleg
Piezoelektromos érzékelők
Fémoxid érzékelők
Fémoxid félvezető érzékelő:
Ezt használják kapcsolás vagy erősítés elektronikus jelek. A MOSFET működési elve az, hogy az érzékelő területére belépő molekulák pozitív vagy negatív töltésűek, amelyek közvetlenül befolyásolják a MOSFET belsejében lévő elektromos teret.
Fémoxid-érzékelők: (MOS)
Ez az érzékelő a gázmolekulák adszorpcióján alapul, hogy kiváltja a vezetőképességet. Ez a vezetőképesség-változás az adszorbeált illékony szerves vegyületek mennyiségének mértéke.
Piezoelektromos érzékelők:
A gáznak a polimer felületére történő adszorpciója tömegváltozáshoz vezet az érzékelő felületén. Ez viszont megváltoztatja a kristály rezonáns frekvenciáját.
Kvarckristályos mikromérleg:
Ez a területegységre eső tömeg mérésének módja a kristályrezonátor frekvenciaváltozásának mérésével. Ez tárolható egy adatbázisban.
Vezető polimerek:
A vezetőképes polimer gázérzékelők az elektromos ellenállás változásán alapulnak, amelyet a gázoknak az érzékelő felületére történő adszorpciója okoz.
Az elektronikus orr adatelemzése:
Az elektronikus orr-szenzorok által generált digitális kimenetet elemezni és értelmezni kell annak biztosítása érdekében. A kereskedelemben kapható technikáknak három fő típusa van.
- Grafikus elemzés
- Többváltozós adatok elemzése
- Hálózati elemzés
Adatok elemzése az elektronikus orr számára
A felhasznált módszer kiválasztása az érzékelőktől származó rendelkezésre álló bemeneti adatoktól függ.
Az adatcsökkentés legegyszerűbb formája egy olyan grafikus elemzés, amely hasznos az ismeretlen elemzők mintáinak összehasonlításához vagy az ismeretlen elemzők szagazonosító elemeinek összehasonlításához a referencia könyvtárak ismert forrásaival.
A többváltozós adatelemzés technikákat állít elő az adatok elemzéséhez, amely képzett vagy képzetlen technika. A képzetlen technikákat akkor alkalmazzák, amikor ismert minták adatbázisát korábban nem építették fel. A legegyszerűbb és legszélesebb körben alkalmazott, képzetlen MDA technika az alapkomponens-elemzés. Az MDA elektronikus orradat-elemzése nagyon hasznos, ha az érzékelők részben lefedik az érzékenységet a mintakeverőben jelen lévő egyes vegyületek iránt. A PCA a leghasznosabb, ha nem áll rendelkezésre ismert minta.
Az idegháló a legismertebb és legeredményesebb elemzési technika, amelyet statisztikai szoftvercsomagokban alkalmaznak a kereskedelemben kapható elektronikus orr számára.
Például elektronikus orrrendszer a gyümölcs szagának detektálására:
Elektronikus orrrendszer
A javasolt elektronikus orrrendszert három gyümölcs, nevezetesen a citrom, a banán, a litchi illataival tesztelték. A szagokat úgy készítettük el, hogy gyümölcsmintát tettek a borítókkal lezárt törőgépekbe. A 8051 tesztelésre vagy edzés módra állt. Ha a rendszer edzésmódban van, az érzékelő értéke megjelenik az LCD-n. Ha a rendszer teszt üzemmódban van, a célgyümölcs osztályozási eredménye megjelenik az LCD-n. Az érzékelő tömb a gázt a Valve1 szelepen keresztül kapja, amely általában zárva van. A vákuumszivattyú 20 másodpercig be van kapcsolva, hogy a gázt kiszívja az érzékelő tömbből.
Gázvizsgálati beállítás a javasolt E-Nose rendszerhez
Az 1. értéket lezártuk, és az érzékelő ellenállását 60 másodpercig adtuk, hogy elérjük a vizsgálati állapot módját. A szenzorok jellemző értékének osztályozási eredménye megjelent az LCD-n. Az érzékelő tömbkamrát leválasztották a gyümölcsminta-megszakítóról, és az 1 szelepet kinyitották, hogy friss levegő legyen, és a 2 szelepet kinyitották, hogy a szagokat kiszivattyúzzák. A kamrát friss levegővel két percig levegőztették.
Az elektronikus orr alkalmazása:
- Orvosi diagnosztika és állapotfigyelés
- Környezeti megfigyelés
- Alkalmazás az élelmiszeriparban
- Robbanóanyag felderítése
- Űr alkalmazások (NASA)
- Kutatási és fejlesztési iparágak
- Minőség-ellenőrző laboratóriumok
- A folyamat és a gyártás részlege
- A kábítószer-szagok kimutatása
- A káros baktériumok kimutatása
Remélem, most már kapott egy ötletet az elektronikus orr működéséről. ha bármilyen kérdés merül fel ezzel a koncepcióval vagy az elektromos és elektronikus projekt kérjük, hagyja meg az alábbi megjegyzések részt.
Photo Credit:
- Elektronikus orr által tudományosan
- Elektronikus orrtömbdiagram eredet-ars.els-cdn
- Elektronikus orrrendszer mdpi
