[發明專利]電子鼻氣敏-色譜信息融合和風味物質現場檢測分析方法

有效

• 申請號: 202010077153.1
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111443161B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 高大啟;盛明健;王澤建;萬培耀;賀德貴;李建華
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N30/88;G06N3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氣敏-色譜多信息融合的電子鼻儀器隨時現場檢測分析方法，其特征是，電子鼻儀器包括氣敏傳感器陣列模塊I，毛細管氣相色譜柱模塊II，氣體自動頂空進樣模塊III，計算機控制與分析模塊IV，自動頂空進樣升降裝置V，大容量頂空揮發氣發生裝置VI，以及第一輔助氣源VII-1與第二輔助氣源VII-2，實現調味品、香料香精、食品、石蠟這些呈味物質的隨時現場檢測與智能分析；

所述的氣敏傳感器陣列模塊I包括：氣敏傳感器陣列I-1、氣敏傳感器陣列環形工作腔I-2、隔熱層I-3、隔板I-4、風扇I-5和電阻加熱元件I-6；所述氣敏傳感器陣列模塊I位于電子鼻儀器右中部；

所述的毛細管氣相色譜柱模塊II包括：毛細管氣相色譜柱II-1、檢測器II-2、放大器II-3、記錄儀II-4、隔熱層II-5、風扇II-6、電阻加熱絲II-7和進樣口II-8；所述毛細管氣相色譜柱模塊II位于電子鼻儀器右上部；

所述的氣體自動頂空進樣模塊III包括：第一微型真空泵III-1、第一流量計III-2、第一節流閥III-3、第一二位二通電磁閥III-4、第二二位二通電磁閥III-5、二位三通電磁閥III-6、第二微型真空泵III-7、第三二位二通電磁閥III-8、第四二位二通電磁閥III-9、側孔進樣針III-10、第一減壓閥III-11、第一凈化器III-12、第二節流閥III-13、第二減壓閥III-14、第二凈化器III-15、第三節流閥III-16、第一流量計III-17、第三節流閥III-18和第四節流閥III-19；所述氣體自動頂空進樣模塊III位于電子鼻儀器右下方；

所述的計算機控制與分析模塊IV主要組成單元包括：A/D數據采集卡IV-1、驅動與控制電路板IV-2、計算機主板IV-3、4路精密直流穩壓電源IV-4、WIFI板卡IV-5、顯示器IV-6；所述計算機控制與分析模塊IV位于電子鼻儀器左側；

所述的自動頂空進樣升降裝置V主要組成單元包括：支撐圓盤V-1、步進電機V-2、螺桿機構V-3、齒輪傳動機構V-4；所述自動頂空進樣升降裝置V位于電子鼻儀器右下方；大容量頂空揮發氣發生裝置VI主要組成單元包括：隔熱層VI-1、電阻加熱絲VI-2、導熱套VI-3、溫度傳感器VI-4、被測樣品VI-5、250ml玻璃樣品瓶VI-6、硅橡膠密封片VI-7、杯蓋VI-8；一臺電子鼻儀器配置4個大容量頂空揮發氣發生裝置VI；

大容量頂空揮發氣發生裝置VI的作用是，在測試現場將10-30ml被測樣品VI-5在250ml玻璃樣品瓶VI-6內以40-80±0.1℃的溫度恒溫30min，產生220-240ml頂空揮發氣；自動頂空進樣升降裝置V的作用是在3s內使大容量頂空揮發氣發生裝置VI上升20mm，從而使固定在氣敏傳感器陣列環形工作腔I-2進氣孔下方的側孔進樣針III-10穿過硅橡膠密封片VI-7，接觸到250ml玻璃樣品瓶VI-6內的頂空揮發氣；

電子鼻儀器對一個被測樣品VI-5頂空揮發氣的氣體進樣周期為T＝300-600s，默認T＝480s；在氣體進樣周期T內，毛細管氣相色譜柱模塊II的被測頂空揮發氣進樣時間比氣敏傳感器陣列模塊I提前進行；當T＝480s時，毛細管氣相色譜柱模塊II的頂空揮發氣進樣時間比氣敏傳感器陣列模塊I默認提前1s；氣敏傳感器陣列模塊I與毛細管氣相色譜柱模塊II的被測氣體進樣流量默認比值是1,000:6，進樣持續時間默認比值是60:1，累積進樣量默認理論比值是1,000:0.1；計算機控制與分析模塊IV對氣敏傳感器陣列模塊I與毛細管氣相色譜柱模塊II的感知信息選擇與分析操作同時進行；

在氣體進樣周期T內，頂空揮發氣被2個微型真空泵III-1和III-18分別抽吸到氣敏傳感器陣列模塊I和毛細管氣相色譜柱模塊II，氣敏傳感器陣列I-1和毛細管氣相色譜柱II-1因此產生敏感響應，電子鼻儀器得到1組氣敏傳感器響應曲線和1幅氣相色譜圖，這是電子鼻儀器感知一個被測氣體樣品而得到的氣敏/氣相色譜模擬信號；

在氣體進樣周期T內，計算機控制與分析模塊IV從氣敏傳感器陣列模塊I的多條響應曲線中提取48個響應信息分量，從毛細管氣相色譜柱模塊II的一幅有限時長半分離色譜圖上選擇21個特征信息分量；電子鼻儀器因此得到一個69維感知向量x(τ)∈R⁶⁹，以下稱之為樣本，存儲在計算機主板IV-3硬盤的對應數據文件里，并通過WIFI路由模塊將樣本數據發送到云端和指定的固定/移動終端；

電子鼻儀器通過對調味品、香料香精、食品、石蠟這些呈味物質經年累月長期現場隨時檢測，形成氣味大數據X，其中一部分數據建立了氣敏/色譜感知響應樣本與呈味物質氣味類型、強度等級和主要成分濃度的對應關系；

在學習階段，計算機控制與分析模塊IV的機器學習級聯模型離線學習氣味大數據X以確定其結構和參數，在線學習氣敏/氣相色譜近期響應以微調機器學習模型參數；在決策階段，機器學習級聯模型依據氣敏/氣相色譜當前感知向量x(τ)在線確定調味品、香料香精、食品、石蠟類別，量化預測氣味強度等級和主要成分濃度值。