[發明專利]一種用于草莓新鮮度判別的便攜式電子鼻系統的設計及方法

在審

• 申請號: 201710098744.5
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN108469455A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 屠康;邢夢珂;孫柯
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于草莓新鮮度判別的便攜式電子鼻系統的設計及方法，實現了電子鼻系統小型化、便攜式的設計。該系統設計主要分為氣路模塊、電路模塊和便攜式電腦端的模式判別系統。系統應用于草莓新鮮度的檢測，靜態提取草莓樣品頂部空間的氣體后，傳感器陣列接觸樣氣獲得響應的電壓信號，經模數轉換成數值輸送給電腦端后，由模式判別系統對實驗數據進行預處理、特征提取及模式識別，最終獲得判別結果。該電子鼻系統簡易、便攜，所建立的草莓新鮮度檢測模型具有較高的分類正確率，可實現草莓流通過程中的實時在線檢測，為草莓新鮮度的檢測提供了一種新的無損化方法。

技術領域

本發明設計一種電子鼻系統的設計及方法，尤其是一種用于草莓新鮮度判別的便攜式電子鼻系統的設計及方法。

背景技術

草莓漿果易腐、易損，在整個流通過程中損失較為嚴重。而其在貯藏過程中揮發性香味成分會發生改變，氣敏傳感器對這些揮發性氣味有較好的響應，能夠從一定程度上反映出草莓的新鮮程度。

品質等級及新鮮度是食品檢測的兩個重要指標，傳統的分析方法有感官評價和理化指標檢測，但感官評價往往受主觀因素影響，重復性差，而理化指標檢測又相對耗時，操作復雜。電子鼻作為一款新型、智能化的感官分析儀器，可通過對食品揮發性氣體的檢測，以區分食品不同品質等級及新鮮度。其分析速度快、復現性較好，且具有檢測方法無損化的優勢。本發明的電子鼻系統模擬人的嗅覺系統設計而成，主要包括傳感器陣列、信號采集模塊和模式判別模塊三大單元，使用靈活、實現了小型化、便攜式的設計。

發明內容

為判別流通過程中不同新鮮程度的草莓，本發明公開了一種便攜式電子鼻系統的設計及方法。

本發明所設計的系統主要包括氣路模塊、電路模塊和便攜式電腦端的模式判別系統(1)。氣路模塊由封閉式氣室(2)、傳感器陣列(3)、空氣凈化裝置(4)、氣泵(5)和節流閥(6)構成；電路模塊分為傳感器檢測電路、模數轉化模塊(7)及電源模塊：

封閉氣室具有一定的氣密性及熱穩定性，待草莓樣品(8)平衡后，靜態提取其頂部空間的樣氣用于檢測。

所述氣室的進氣口與出氣口分別與封閉氣室及洗氣裝置相連，封閉氣室內部置有傳感器陣列。所述傳感器陣列由6個金屬氧化物傳感器(MOS)及溫濕度傳感器模塊構成。所述6個金屬氧化物傳感器分別為甲烷等烷烴類氣體傳感器(S₁)、乙醇氣體傳感器(S₂)、乙醇/有機溶劑類氣體傳感器(S₃)、芳香型化合物氣體傳感器(S₄)、酒精/VOCs氣體傳感器(S₅)、硫化氫氣體傳感器(S₆)。

空氣凈化裝置選用活性炭作為吸附劑，濾去水蒸氣，并吸附空氣中二氧化碳、揮發性硫氧化物等干擾氣體，以凈化后的環境氣體作為標準氣體。

MOS傳感器檢測電路由6路電路并聯而成，每個電路連有一個氣敏傳感器，采用分壓式設計。為傳感器陣列加熱，并將傳感器陣列所采集的氣體響應值轉化為電壓信號。

模數轉化(AD)模塊采用8通道12位的數據采集器，通過USB與便攜式電腦連接。AD模塊電路與檢測電路相連，以I/O接口形式實現并行通信，經模數轉換將6路傳感器的模擬信號轉換為數值并輸送給電腦端，通過軟件實現數據動態顯示和存儲。

電源模塊為5V直流電壓，為傳感器陣列供電。

靜態采集草莓樣品頂部空間的氣體后，經AD模塊轉換后的數值信號先進行預處理，扣除基線值后，提取各傳感器穩定后的響應數值作為特征值進行模式判別。所述模式判別采用偏最小二乘法判別分析(PLS-DA)及支持向量機模型(SVM-C)對提取的特征值進行建模。