Introduzione:
Il naso elettronico è un dispositivo che rileva l'odore in modo più efficace dell'olfatto umano. Un naso elettronico è costituito da un meccanismo per il rilevamento chimico. Il naso elettronico è un dispositivo di rilevamento intelligente che utilizza una serie di sensori di gas che si sovrappongono selettivamente insieme a un componente di riorganizzazione del modello. Oggi i nasi elettronici hanno fornito vantaggi esterni a una realtà di industrie commerciali, agricoltura, biomedicina, cosmetica, ambiente, cibo, acqua e vari campi di ricerca scientifica. Il naso elettronico rileva il gas pericoloso o velenoso che non è possibile per gli sniffer umani.
Naso elettronico
Gli odori sono composti da molecole, che hanno una dimensione e una forma specifiche. Ciascuna di queste molecole ha un recettore di dimensioni e forma corrispondenti nel naso umano. Quando un recettore specifico riceve una molecola invia un segnale al cervello e il cervello identifica l'odore associato alla particolare molecola. I nasi elettronici funzionano in modo simile all'essere umano. Il naso elettronico utilizza sensori come recettori. Quando un sensore specifico riceve le molecole, trasmette il segnale a un programma per l'elaborazione, piuttosto che al cervello.
Principio di funzionamento del naso elettronico:
Il naso elettronico è stato sviluppato per imitare l'olfatto umano le cui funzioni sono meccanismi non separati, cioè l'odore o il sapore è percepito come un'impronta digitale globale. Essenzialmente lo strumento è costituito da un array di sensori, moduli di riorganizzazione del pattern e campionamento dello spazio di testa, per generare pattern di segnale utilizzati per caratterizzare gli odori. Il naso elettronico è costituito da tre parti principali che stanno rilevando il sistema, il sistema informatico, il sistema di consegna del campione.
Schema a blocchi del naso elettronico
Il sistema di consegna del campione: Il sistema di consegna del campione consente la generazione dello spazio di testa del campione o di composti volatili che è una frazione analizzata. Il sistema invia quindi questo spazio per la testa al sistema di rilevamento del naso elettronico.
Il sistema di rilevamento: Il sistema di rilevamento costituito da un gruppo di sensori è la parte reattiva dello strumento. Quando in contatto con composti volatili in quel momento il sensore reagisce provocando cambiamenti nelle caratteristiche elettriche.
Il sistema informatico: Nella maggior parte dei nasi elettronici ogni sensore è sensibile a tutte le molecole nel loro modo specifico. Tuttavia nei nasi bioelettrici vengono utilizzate le proteine recettrici che rispondono a specifiche molecole di odore. La maggior parte dei nasi elettronici utilizza array di sensori che reagiscono ai composti volatili. Ogni volta che i sensori percepiscono un odore, viene registrata una risposta specifica che il segnale viene trasmesso nel valore digitale.
I sensori più comunemente usati nel naso elettronico
Semiconduttore di ossido di metallo (MOSFET)
Polimeri conduttori
Microbilancia a cristalli di quarzo
Sensori piezoelettrici
Sensori di ossido di metallo
Sensore semiconduttore di ossido di metallo:
Questo è usato per commutazione o amplificazione segnali elettronici. Il principio di funzionamento del MOSFET è che le molecole che entrano nell'area del sensore verranno caricate positivamente o negativamente che hanno un effetto diretto sul campo elettrico all'interno del MOSFET.
Sensori di ossido di metallo: (MOS)
Questo sensore si basa sull'adsorbimento di molecole di gas per provocare un cambiamento nella conduttività. Questa variazione di conduttività è la misura della quantità di composti organici volatili adsorbiti.
Sensori piezoelettrici:
L'adsorbimento del gas sulla superficie del polimero porta a una variazione di massa sulla superficie del sensore. Questo a sua volta produce un cambiamento nella frequenza di risonanza del cristallo.
Microbilancia a cristalli di quarzo:
Questo è un modo per misurare la massa per unità di area misurando la variazione di frequenza del risonatore a cristallo. Questo può essere memorizzato in un database.
Polimeri conduttori:
I sensori di gas polimerici conduttivi funzionano in base alla variazione della resistenza elettrica causata dall'adsorbimento dei gas sulla superficie del sensore.
Analisi dei dati per naso elettronico:
L'output digitale generato dai sensori elettronici del naso deve essere analizzato e interpretato per fornire. Esistono tre tipi principali di tecniche disponibili in commercio.
- Analisi grafica
- Analisi dei dati multivariati
- Analisi di rete
Analisi dei dati per naso elettronico
La scelta del metodo utilizzato dipende dai dati di input disponibili dai sensori.
La forma più semplice di riduzione dei dati è un'analisi grafica utile per confrontare campioni o confrontare elementi di identificazione degli odori di analisti sconosciuti rispetto a quelli di fonti note nelle librerie di riferimento.
L'analisi dei dati multivariati genera un insieme di tecniche per l'analisi dei dati che è tecnica addestrata o non addestrata. Le tecniche non addestrate vengono utilizzate quando un database di campioni noti non è stato costruito in precedenza. La tecnica MDA non addestrata più semplice e più utilizzata è un'analisi dei componenti principali. L'analisi dei dati del naso elettronico MDA è molto utile quando i sensori hanno sensibilità di copertura parziale ai singoli composti presenti in un miscelatore di campioni. Il PCA è molto utile quando non è disponibile alcun campione noto.
La rete neurale è la tecnica di analisi più nota e più derivata utilizzata in un pacchetto software statistico per il naso elettronico disponibile in commercio.
Ad esempio naso elettronico per la rilevazione degli odori di frutta:
Sistema naso elettronico
Il sistema di naso elettronico proposto è stato testato con gli odori di tre frutti, ovvero leman, banana, litchi. Gli odori sono stati preparati mettendo un campione di frutta negli interruttori sigillati con un coperchio. L'8051 è stato impostato in modalità test o training. Se il sistema è in modalità allenamento, il valore del sensore viene visualizzato sul display LCD. Se il sistema è in modalità test, il risultato della classificazione del frutto target viene mostrato sul display LCD. L'array di sensori riceve il gas attraverso la valvola1, che è normalmente chiusa. La pompa del vuoto viene accesa per 20 secondi per pompare il gas fuori dalla serie di sensori.
Configurazione del test del gas per il sistema E-Nose proposto
Il valore 1 è stato chiuso e la resistenza del sensore è stata data 60 secondi per raggiungere una modalità di stato di studio. Il risultato della classificazione del valore caratteristico dei sensori è apparso sul display LCD. La camera della matrice di sensori è stata scollegata dal rompi campioni di frutta e la valvola 1 è stata aperta per far girare aria fresca, la valvola 2 è stata aperta in modo che gli odori fossero pompati fuori. La camera è stata ventilata con aria fresca per due minuti.
Applicazione del naso elettronico:
- Diagnostica medica e monitoraggio sanitario
- Monitoraggio ambientale
- Applicazione nell'industria alimentare
- Rilevamento di esplosivo
- Applicazioni spaziali (NASA)
- Industrie di ricerca e sviluppo
- Laboratori di controllo qualità
- Il reparto processo e produzione
- Rilevazione di odori di droghe
- Rilevazione di batteri nocivi
Spero che ora abbiate un'idea di come funziona il naso elettronico. in caso di domande su questo concetto o su elettrico e progetto elettronico si prega di lasciare la sezione commenti qui sotto.
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