Kako djeluje elektronički nos?

Kako djeluje elektronički nos?

Uvod:

Elektronički nos je uređaj koji učinkovitije otkriva miris od ljudskog njuha. Elektronički nos sastoji se od mehanizma za kemijsku detekciju. Elektronički nos inteligentni je senzorski uređaj koji koristi niz senzora za plin koji se selektivno preklapaju zajedno s komponentom za reorganizaciju uzorka. Danas elektronički nosovi pružaju vanjske koristi većini komercijalnih industrija, poljoprivredi, biomedicini, kozmetici, okolišu, hrani, vodi i raznim poljima znanstvenog istraživanja. Elektronički nos otkriva opasni ili otrovni plin koji nije moguć za njuškanje ljudi.



Elektronički nos

Elektronički nos

Mirisi se sastoje od molekula, koje imaju određenu veličinu i oblik. Svaka od ovih molekula ima odgovarajući receptor veličine i oblika u ljudskom nosu. Kad određeni receptor primi molekulu, on šalje signal mozgu i on identificira miris povezan s određenom molekulom. Elektronički nos djeluje na sličan način kao čovjek. Elektronički nos koristi senzore kao receptor. Kad određeni senzor primi molekule, on signal šalje u program za obradu, a ne u mozak.






Princip rada elektroničkog nosa:

Elektronički nos razvijen je kako bi oponašao ljudski njuh čije funkcije nisu zaseban mehanizam, tj. Miris ili okus percipiraju se kao globalni otisak prsta. U osnovi se instrument sastoji od niza senzora, modula za reorganizaciju uzorka i uzorkovanja prostora prostora, kako bi se generirao uzorak signala koji se koristi za karakterizaciju mirisa. Elektronički nos sastoji se od tri glavna dijela koji su sustav za otkrivanje, računalni sustav i sustav za dostavu uzoraka.

Elektronički dijagram blokade nosa

Elektronički dijagram blokade nosa



Sustav dostave uzorka: Sustav za dostavu uzorka omogućuje stvaranje prostora za uzorke ili hlapive spojeve koji su frakcija koja se analizira. Sustav zatim šalje ovaj prostor za glavu u sustav za otkrivanje elektroničkog nosa.

Sustav za otkrivanje: Sustav za otkrivanje koji se sastoji od skupine senzora reaktivni je dio instrumenta. Kada su u to vrijeme u kontaktu s hlapljivim spojevima, senzori reagiraju uzrokujući promjene u električnim karakteristikama.

Računalni sustav: U većini elektroničkih nosova svaki je senzor osjetljiv na sve molekule na svoj specifičan način. Međutim, u bioelektričnim nosovima koriste se receptorski proteini koji reagiraju na specifične molekule mirisa. Većina elektroničkih nosova koristi nizove senzora koji reagiraju na hlapive spojeve. Kad god senzori osjete bilo koji miris, bilježi se određeni odgovor da se signal prenosi u digitalnu vrijednost.


Češće korišteni senzori u elektroničkom nosu

Poluvodič metalnog oksida (MOSFET)

Provođenje polimera

Mikrobalanca kvarcnog kristala

Piezoelektrični senzori

Senzori za metalni oksid

Poluvodički senzor za metalni oksid:

Ovo se koristi za prebacivanje ili pojačavanje elektronički signali. Načelo rada MOSFET-a je da će molekule koje uđu u područje senzora biti nabijene pozitivno ili negativno, što izravno utječe na električno polje unutar MOSFET-a.

Senzori za metalni oksid: (MOS)

Ovaj se senzor temelji na adsorpciji molekula plina kako bi izazvao promjenu vodljivosti. Ova promjena vodljivosti mjeri količinu adsorbiranih hlapljivih organskih spojeva.

Piezoelektrični senzori:

Adsorpcija plina na površini polimera dovodi do promjene mase na površini senzora. Ovo će zauzvrat proizvesti promjenu rezonantne frekvencije kristala.

Mikrobalanca kvarcnog kristala:

Ovo je način mjerenja mase po jedinici površine mjerenjem promjene frekvencije kristalnog rezonatora. To se može pohraniti u bazu podataka.

Provođenje polimera:

Provodljivi polimerni senzori za plin djeluju na temelju promjene električnog otpora uzrokovanog adsorpcijom plinova na površinu senzora.

Analiza podataka za elektronički nos:

Digitalni izlaz generiran elektroničkim senzorima nosa mora se analizirati i protumačiti kako bi se osigurao. Postoje tri glavne vrste komercijalno dostupnih tehnika.

  • Grafička analiza
  • Multivarijantna analiza podataka
  • Analiza mreže
Analiza podataka za elektronički nos

Analiza podataka za elektronički nos

Izbor korištene metode ovisi o dostupnim ulaznim podacima senzora.

Najjednostavniji oblik smanjenja podataka je grafička analiza korisna za usporedbu uzoraka ili usporedbu elemenata identifikacije mirisa nepoznatih analitičara u odnosu na one poznatih izvora u referentnim knjižnicama.

Multivarijantna analiza podataka generira niz tehnika za analizu podataka koja je obučena ili neobučena tehnika. Neobučene tehnike koriste se kada baza podataka poznatih uzoraka nije prethodno izgrađena. Najjednostavnija i najčešće korištena neobučena MDA tehnika glavna je komponentna analiza. Elektronička analiza podataka o nosu MDA vrlo je korisna kada senzori imaju djelomičnu osjetljivost na pokrivanje pojedinih spojeva prisutnih u mikseru za uzorke. PCA je najkorisniji kada nije dostupan nijedan poznati uzorak.

Neuronska mreža je najpoznatija i najizvođenija tehnika analize koja se koristi u statističkim softverskim paketima za komercijalno dostupan elektronički nos.

Za primjere elektronički sustav nosa za otkrivanje mirisa voća:

Elektronički sustav nosa

Elektronički sustav nosa

Predloženi elektronički sustav nosa testiran je s mirisima tri voća, naime limuna, banane i ličija. Mirisi su pripremljeni stavljanjem uzorka voća u razbijače zatvorene poklopcem. 8051 je postavljen u način testiranja ili treninga. Ako je sustav u načinu rada za vježbanje, vrijednost senzora prikazuje se na LCD-u. Ako je sustav u načinu ispitivanja, na LCD-u se prikazuje rezultat klasifikacije ciljanog ploda. Niz senzora dovodi plin kroz ventil1, koji je normalno zatvoren. Vakuumska pumpa uključuje se na 20 sekundi kako bi ispumpala plin iz niza senzora.

Postavljanje ispitivanja plina za predloženi sustav E-Nose

Postavljanje ispitivanja plina za predloženi sustav E-Nose

Vrijednost1 je zatvorena, a otpor senzora je dobio 60 sekundi da postigne način ispitivanja. Rezultat klasifikacije karakteristične vrijednosti senzora pojavio se na LCD-u. Komora senzorskog niza je odvojena od razbijača uzoraka voća i ventil1 je otvoren za okretanje svježeg zraka, ventil 2 je otvoren tako da se mirisi ispumpavaju. Komora je dvije minute prozračena svježim zrakom.

Primjena elektroničkog nosa:

  • Medicinska dijagnostika i nadzor zdravlja
  • Monitoring okoliša
  • Primjena u prehrambenoj industriji
  • Otkrivanje eksploziva
  • Svemirske aplikacije (NASA)
  • Industrije istraživanja i razvoja
  • Laboratoriji za kontrolu kvalitete
  • Odjel za proces i proizvodnju
  • Otkrivanje mirisa lijekova
  • Otkrivanje štetnih bakterija

Nadam se da sada imate ideju o tome kako funkcionira elektronički nos. ako postoje neka pitanja o ovom konceptu ili o električnim i elektronički projekt molimo vas da ostavite odjeljak za komentare u nastavku.

Foto: