[發(fā)明專利]一種便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811345532.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109254034A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅潤(rùn)澤;陳洪興;彭英云;余曉紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，包括樣品室，以及測(cè)試腔；所述樣品室通過頂空進(jìn)樣系統(tǒng)與測(cè)試腔連接，用于樣品的放置與加熱，所述頂空進(jìn)樣系統(tǒng)用于氣體的采集進(jìn)樣，所述測(cè)試腔用于扇貝的檢測(cè)，其中測(cè)試腔內(nèi)繞中心環(huán)形排布?xì)馕秱鞲衅麝嚵小?/p>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，還包括溫度控制系統(tǒng)、模擬信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，模式識(shí)別模塊，數(shù)據(jù)傳送模塊，供電模塊，空氣過濾及配氣系統(tǒng)；

所述溫度控制系統(tǒng)用于為樣品處理以及氣體傳感器陣列提供穩(wěn)定的工作溫度；所述模擬信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換模塊對(duì)氣敏傳感器的響應(yīng)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，完成濾波和特征提取任務(wù)；模式識(shí)別模塊用于對(duì)信號(hào)處理模塊所輸出進(jìn)來的信號(hào)做進(jìn)一步的處理，完成對(duì)樣品品質(zhì)自動(dòng)模式識(shí)別；所述空氣過濾及配氣系統(tǒng)與樣品室連通，為樣品室提供定值的潔凈氣體流量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述模擬信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換模塊為研華PCI-1710U；所述數(shù)據(jù)處理模塊為研華RSB-4221；所述模式識(shí)別模塊為NI CompactRIO模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，還設(shè)有通信模塊，所述通信模塊包括4G和Wifi雙通信模塊，用于在不通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的控制信息和采集數(shù)據(jù)的傳輸。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)包括樣品加熱控制系統(tǒng)和檢測(cè)區(qū)加熱控制系統(tǒng)，所述樣品加熱控制系統(tǒng)用于控制所述樣品室內(nèi)的溫度；所述檢測(cè)區(qū)加熱控制系統(tǒng)用于控制所述測(cè)試腔內(nèi)的檢測(cè)區(qū)溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述樣品室由樣品腔和加熱隔層組成，所述加熱隔層與測(cè)試腔的出氣口連通。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述傳感器陣列包括8個(gè)等間距排布的MOS傳感器，分別為L(zhǎng)Y2/Gct1，LY2/GCT，T30/1，PA/2，P30/1，P30/2，T40/1以及TA/2。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式扇貝數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，所述測(cè)試腔通過電路板與傳感器連接，連接位置設(shè)有六點(diǎn)式插槽。

9.基于權(quán)利要求1所述的便攜式數(shù)字化品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置的扇貝的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，配備適于檢測(cè)要求的品質(zhì)評(píng)價(jià)裝置：其傳感器陣列包括等間距排布的8個(gè)MOS傳感器；

步驟2，將扇貝待檢品放置于樣品室內(nèi)，密封，50℃平衡10min；

步驟3，以潔凈干燥空氣為載體，流速150mL/min，進(jìn)樣體積300μL，1s進(jìn)樣完畢，注射針溫度60℃，采集時(shí)間120s，傳感器清洗時(shí)間10min；

步驟4，傳感器陣列發(fā)生響應(yīng)，得到傳感器陣列對(duì)待檢品的響應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣；

步驟5，根據(jù)預(yù)先獲取的扇貝品質(zhì)與氣味指紋圖譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比待檢品的數(shù)據(jù)矩陣，確定待檢品的品質(zhì)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扇貝的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟5包括如下步驟：

(1)MOS傳感器數(shù)據(jù)矩陣的采集，具體分步驟如下：

(a)通過檢測(cè)氣體濃度變化后的8個(gè)MOS傳感器電阻變化，采集8個(gè)MOS傳感器電壓變化；

(b)電壓信號(hào)Vout＝Vh-Vc，其中Vh為系統(tǒng)電壓值，Vc為固定電阻電壓；

(c)電壓信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)字信號(hào)；

(d)8個(gè)MOS傳感器電壓信號(hào)最終組成8個(gè)MOS傳感器模擬數(shù)字信號(hào)，取最大值組成數(shù)字矩陣如下所示：

{x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8}；

(2)不同等級(jí)的扇貝MOS陣列數(shù)據(jù)特征區(qū)分，具體分步驟如下：

(a)采集不同品質(zhì)水平的扇貝氣味特征得到其數(shù)據(jù)矩陣；

(b)不同樣品二維數(shù)據(jù)矩陣間的標(biāo)準(zhǔn)化歐氏距離計(jì)算，兩個(gè)樣本a(x11,x12,…,x1n)與b(x21,x22,…,x2n)間的標(biāo)準(zhǔn)化歐氏距離d12的公式：

上式中S_k表示第k個(gè)元素的標(biāo)準(zhǔn)差；

(c)基于上述歐氏距離計(jì)算方法，以類平均法為準(zhǔn)則，對(duì)不同樣品進(jìn)行聚類分析，分組Gp和分組Gq的距離的平方D²_pq公式:

其中d²_ij為步驟(b)中標(biāo)準(zhǔn)化歐氏距離的平方，n_q、n_p分別是Gq和分組Gp中樣本的個(gè)數(shù)。

Gp和Gq并成一類Gr后,Gr與其他類Gk的距離為Drk時(shí)：

其中d²_ij為步驟(b)中標(biāo)準(zhǔn)化歐氏距離的平方，n_r、n_k分別是Gr和分組Gk中樣本的個(gè)數(shù)。

(3)基于MATLAB的LIBSVM軟件包中的svmtrain和svmpredict函數(shù),用支持向量機(jī)方法對(duì)扇貝品質(zhì)等級(jí)進(jìn)行進(jìn)行有監(jiān)督的分類，具體分步驟如下：

(a)取100個(gè)已知分類結(jié)果的樣品，等級(jí)分別為1、2、3、4、5，每個(gè)等級(jí)20個(gè)，數(shù)據(jù)屬性值做歸一化處理；

(b)g核函數(shù)的參數(shù)系數(shù)，c懲罰因子系數(shù)的最優(yōu)化：

利用LOOCV方法，進(jìn)行交叉驗(yàn)證參數(shù)網(wǎng)格尋優(yōu)，得到最優(yōu)參數(shù)c和g，交叉驗(yàn)證方程如下：

在上式中n為訓(xùn)練集樣本數(shù)，每次取出一個(gè)數(shù)據(jù)作為測(cè)試集的唯一元素，而其他n-1個(gè)數(shù)據(jù)都作為訓(xùn)練集用于訓(xùn)練模型和調(diào)參，最終訓(xùn)練了n個(gè)模型，每次都能得到一個(gè)MSE；而計(jì)算最終test MSE等于n個(gè)MSE取平均；；

(c)最優(yōu)化調(diào)整參數(shù)c和g，以svmtrain訓(xùn)練函數(shù)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)產(chǎn)生預(yù)測(cè)模型，以svmpredict訓(xùn)練函數(shù)，使用訓(xùn)練的模型去預(yù)測(cè)待測(cè)樣品的數(shù)據(jù)類型。