[發(fā)明專利]一種氣敏-氣相色譜多源感知和電子鼻儀器在線檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010077146.1
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111443159B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高大啟;盛明健;王澤建;萬培耀;賀德貴;邢利民
• 申請（專利權(quán)）人: 湖州老恒和釀造有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N30/88;G06N20/00
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 楊學(xué)強(qiáng)

1.一種氣敏/氣相色譜感知信息相融合的電子鼻儀器在線檢測方法，其特征是，電子鼻儀器包括氣敏傳感器陣列模塊(I)、毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)、氣體自動進(jìn)樣系統(tǒng)模塊(III)、計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)，以及輔助氣源(V)；所述電子鼻儀器實(shí)現(xiàn)多個(gè)生物發(fā)酵過程或多個(gè)惡臭污染點(diǎn)的長期循環(huán)在線檢測與智能分析；

所述的氣敏傳感器陣列模塊(I)包括氣敏傳感器陣列(I-1)、氣敏傳感器陣列環(huán)形工作腔(I-2)、電阻加熱元件(I-3)、第一風(fēng)扇(I-4)、第一隔熱層(I-5)和隔板(I-6)；所述氣敏傳感器陣列模塊(I)位于電子鼻儀器右中部；

所述的毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)包括毛細(xì)管氣相色譜柱(II-1)、檢測器(II-2)、放大器(II-3)、記錄儀(II-4)、進(jìn)樣口(II-5)、電阻加熱絲(II-6)、第二風(fēng)扇(II-7)和第二隔熱層(II-8)；所述毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)位于電子鼻儀器右上部；

所述的氣體自動進(jìn)樣系統(tǒng)模塊(III)包括：第一～第五二位二通電磁閥(III-1～I(xiàn)II-5)、5個(gè)第一凈化器(III-6)、第一微型真空泵(III-7)、第一流量計(jì)(III-8)、第六二位二通電磁閥(III-9)、第一節(jié)流閥(III-10)、二位三通電磁閥(III-11)、三位四通電磁閥(III-12)、第二微型真空泵(III-13)、第七二位二通電磁閥(III-14)、第八二位二通電磁閥(III-15)、穩(wěn)壓閥(III-16)、第一減壓閥(III-17)、第二節(jié)流閥(III-18)、第二凈化器(III-19)、第二減壓閥(III-20)、第三凈化器(III-21)、第三節(jié)流閥(III-22)、第二流量計(jì)(III-23)、第四節(jié)流閥(III-24)、第五節(jié)流閥(III-25)；所述氣體自動進(jìn)樣系統(tǒng)模塊(III)位于電子鼻儀器右下方；

所述的計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)包括計(jì)算機(jī)主板(IV-1)、A/D數(shù)據(jù)采集卡(IV-2)、驅(qū)動與控制電路板(IV-3)、4路精密直流穩(wěn)壓電源(IV-4)、顯示器(IV-5)、WIFI模塊(IV-6)；所述計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)位于電子鼻儀器左側(cè)；

一個(gè)生物發(fā)酵過程/發(fā)酵罐或一個(gè)惡臭污染點(diǎn)被簡稱為檢測點(diǎn)；電子鼻儀器對一個(gè)檢測點(diǎn)的被測氣體進(jìn)樣單周期默認(rèn)為T₀＝480s；在氣體進(jìn)樣單周期T₀內(nèi)，一個(gè)檢測點(diǎn)的被測氣體被第一微型真空泵(III-7)和第二微型真空泵(III-13)分別抽吸到氣敏傳感器陣列模塊(I)和毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)內(nèi)，氣敏傳感器陣列(I-1)和毛細(xì)管氣相色譜柱(II-1)產(chǎn)生敏感響應(yīng)，電子鼻儀器因此得到1組氣敏傳感器陣列響應(yīng)曲線和1幅氣相色譜圖，這是電子鼻儀器感知一個(gè)被測氣體樣品而得到的氣敏/氣相色譜模擬信號；

在氣體進(jìn)樣單周期T₀內(nèi)，毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)的被測氣體進(jìn)樣時(shí)間比氣敏傳感器陣列模塊(I)提前進(jìn)行；T₀＝480s時(shí)前者比后者提前400s；氣敏傳感器陣列模塊(I)與毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)的被測氣體進(jìn)樣流量、進(jìn)樣持續(xù)時(shí)間與累積進(jìn)樣量不相等，計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)對氣敏傳感器陣列模塊(I)與毛細(xì)管氣相色譜柱模塊(II)的信息選擇與分析操作同時(shí)進(jìn)行；

在氣體進(jìn)樣單周期T₀內(nèi)，電子鼻儀器感知一個(gè)檢測點(diǎn)的被測氣體，得到一個(gè)m維感知向量x(τ)∈R^m，稱之為樣本；電子鼻儀器對5個(gè)檢測點(diǎn)的氣體循環(huán)進(jìn)樣周期為T＝5T₀，依次得到5個(gè)樣本，依次存儲在計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)的5個(gè)對應(yīng)數(shù)據(jù)文件里，通過WIFI路由模塊(IV-6)將樣本數(shù)據(jù)發(fā)送到云端和指定的固定/移動終端；若氣體進(jìn)樣單周期T₀＝480s，則5個(gè)檢測點(diǎn)的氣體循環(huán)進(jìn)樣周期為T＝2400s，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)酵罐或一個(gè)惡臭污染點(diǎn)每隔40min檢測一次；

電子鼻儀器、色/質(zhì)譜儀器和專業(yè)人員對大量生物發(fā)酵過程或惡臭污染點(diǎn)的在線/離線檢測與感知形成氣味大數(shù)據(jù)X；在學(xué)習(xí)階段，計(jì)算機(jī)控制與分析模塊(IV)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型離線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集X以確定結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在線學(xué)習(xí)氣敏/氣相色譜近期感知信息以微調(diào)機(jī)器學(xué)習(xí)模型參數(shù)；在決策階段，機(jī)器學(xué)習(xí)模型依據(jù)氣敏/氣相色譜當(dāng)前感知向量x(τ)在線確定生物發(fā)酵類型與惡臭污染類型，量化預(yù)測發(fā)酵液主要成分濃度或國標(biāo)GB14554指定的臭氣濃度OU值與8種惡臭成分濃度。