Πώς λειτουργεί μια ηλεκτρονική μύτη;

Εισαγωγή:

Η ηλεκτρονική μύτη είναι μια συσκευή που ανιχνεύει την οσμή πιο αποτελεσματικά από την ανθρώπινη αίσθηση της όσφρησης. Η ηλεκτρονική μύτη αποτελείται από έναν μηχανισμό χημικής ανίχνευσης. Η ηλεκτρονική μύτη είναι μια έξυπνη συσκευή ανίχνευσης που χρησιμοποιεί μια σειρά αισθητήρων αερίου που επικαλύπτονται επιλεκτικά μαζί με ένα στοιχείο αναδιοργάνωσης μοτίβου. Τώρα μια μέρα οι ηλεκτρονικές μύτες παρέχουν εξωτερικά οφέλη σε μια πραγματική εμπορική βιομηχανία, γεωργία, βιοϊατρική, καλλυντικά, περιβαλλοντικά, τρόφιμα, νερό και διάφορους τομείς επιστημονικής έρευνας. Η ηλεκτρονική μύτη ανιχνεύει το επικίνδυνο ή δηλητηριώδες αέριο που δεν είναι δυνατό για τους ανθρώπινους ρουθούντες.

Ηλεκτρονική μύτη

Οι μυρωδιές αποτελούνται από μόρια, τα οποία έχουν συγκεκριμένο μέγεθος και σχήμα. Κάθε ένα από αυτά τα μόρια έχει αντίστοιχο μέγεθος και σχήμα υποδοχέα στην ανθρώπινη μύτη. Όταν ένας συγκεκριμένος υποδοχέας λαμβάνει ένα μόριο στέλνει ένα σήμα στον εγκέφαλο και ο εγκέφαλος προσδιορίζει τη μυρωδιά που σχετίζεται με το συγκεκριμένο μόριο. Οι ηλεκτρονικές μύτες λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο ανθρώπου. Η ηλεκτρονική μύτη χρησιμοποιεί αισθητήρες ως υποδοχέα. Όταν ένας συγκεκριμένος αισθητήρας λαμβάνει τα μόρια, μεταδίδει το σήμα σε ένα πρόγραμμα επεξεργασίας και όχι στον εγκέφαλο.

Αρχή λειτουργίας ηλεκτρονικής μύτης:

Η ηλεκτρονική μύτη αναπτύχθηκε για να μιμηθεί την ανθρώπινη όσφρηση των οποίων οι λειτουργίες είναι μη χωριστοί μηχανισμοί, δηλαδή η μυρωδιά ή η γεύση θεωρείται ως παγκόσμιο δακτυλικό αποτύπωμα. Ουσιαστικά το όργανο αποτελείται από συστοιχία αισθητήρων, μονάδες αναδιοργάνωσης μοτίβων και δειγματοληψία κεντρικού χώρου, για τη δημιουργία μοτίβου σήματος που χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό μυρωδιών. Η ηλεκτρονική μύτη αποτελείται από τρία κύρια μέρη που είναι σύστημα ανίχνευσης, υπολογιστικό σύστημα, σύστημα παράδοσης δειγμάτων.

Ηλεκτρονικό διάγραμμα μπλοκ μύτης

Το σύστημα παράδοσης δείγματος: Το σύστημα παράδοσης δειγμάτων επιτρέπει τη δημιουργία κεφαλαίου χώρου δείγματος ή πτητικών ενώσεων που είναι ένα κλάσμα που αναλύεται. Στη συνέχεια, το σύστημα στέλνει αυτόν τον κεντρικό χώρο στο σύστημα ανίχνευσης της ηλεκτρονικής μύτης.

Το σύστημα ανίχνευσης: Το σύστημα ανίχνευσης που αποτελείται από μια ομάδα αισθητήρων είναι το αντιδραστικό μέρος του οργάνου. Όταν έρχονται σε επαφή με πτητικές ενώσεις εκείνη τη στιγμή, οι αισθητήρες αντιδρούν προκαλώντας αλλαγές στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά.

Το υπολογιστικό σύστημα: Στις περισσότερες ηλεκτρονικές μύτες κάθε αισθητήρας είναι ευαίσθητος σε όλα τα μόρια με τον συγκεκριμένο τρόπο. Ωστόσο, στις βιοηλεκτρικές μύτες χρησιμοποιούνται οι πρωτεΐνες υποδοχέα που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένα μόρια μυρωδιάς. Οι περισσότερες ηλεκτρονικές μύτες χρησιμοποιούν συστοιχίες αισθητήρων που αντιδρούν σε πτητικές ενώσεις. Όποτε οι αισθητήρες αισθάνονται οποιαδήποτε μυρωδιά, καταγράφεται μια συγκεκριμένη απόκριση ότι το σήμα μεταδίδεται στην ψηφιακή τιμή.

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι αισθητήρες στην ηλεκτρονική μύτη

Ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου (MOSFET)

Αγωγός πολυμερών

Μικροζύγος κρυστάλλου χαλαζία

Πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες

Αισθητήρες μετάλλων οξειδίων

Αισθητήρας ημιαγωγών μετάλλου οξειδίου:

Αυτό χρησιμοποιείται για εναλλαγή ή ενίσχυση ηλεκτρονικά σήματα. Η αρχή λειτουργίας του MOSFET είναι ότι τα μόρια που εισέρχονται στην περιοχή του αισθητήρα θα φορτίζονται θετικά ή αρνητικά τα οποία έχουν άμεση επίδραση στο ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο MOSFET.

Αισθητήρες μετάλλων οξειδίων: (MOS)

Αυτός ο αισθητήρας βασίζεται στην προσρόφηση μορίων αερίου για να προκαλέσει αλλαγή στην αγωγιμότητα. Αυτή η αλλαγή αγωγιμότητας είναι το μέτρο της ποσότητας των πτητικών οργανικών ενώσεων που προσροφώνται.

Πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες:

Η προσρόφηση αερίου στην επιφάνεια του πολυμερούς οδηγεί σε αλλαγή μάζας στην επιφάνεια του αισθητήρα. Αυτό με τη σειρά του παράγει μια αλλαγή στη συχνότητα συντονισμού του κρυστάλλου.

Μικροζύγος κρυστάλλου χαλαζία:

Αυτός είναι ένας τρόπος μέτρησης της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας μετρώντας τη μεταβολή της συχνότητας του αντηχείου κρυστάλλου. Αυτό μπορεί να αποθηκευτεί σε μια βάση δεδομένων.

Αγωγά πολυμερή:

Οι αγώγιμοι αισθητήρες αερίου πολυμερούς λειτουργούν με βάση την αλλαγή στην ηλεκτρική αντίσταση που προκαλείται από την προσρόφηση αερίων στην επιφάνεια του αισθητήρα.

Ανάλυση δεδομένων για ηλεκτρονική μύτη:

Η ψηφιακή έξοδος που παράγεται από ηλεκτρονικούς αισθητήρες μύτης πρέπει να αναλυθεί και να ερμηνευθεί προκειμένου να παρέχεται. Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι τεχνικών που διατίθενται στο εμπόριο.

• Γραφική ανάλυση
• Πολυμεταβλητή ανάλυση δεδομένων
• Ανάλυση δικτύου

Ανάλυση δεδομένων για ηλεκτρονική μύτη

Η επιλογή της χρησιμοποιούμενης μεθόδου εξαρτάται από τα διαθέσιμα δεδομένα εισόδου από αισθητήρες.

Η απλούστερη μορφή μείωσης δεδομένων είναι μια γραφική ανάλυση χρήσιμη για τη σύγκριση δειγμάτων ή τη σύγκριση στοιχείων αναγνώρισης μυρωδιών άγνωστων αναλυτών σε σχέση με εκείνα γνωστών πηγών σε βιβλιοθήκες αναφοράς.

Η ανάλυση πολυπαραγοντικών δεδομένων δημιουργεί ένα σύνολο τεχνικών για την ανάλυση δεδομένων που είναι εκπαιδευμένη ή μη εκπαιδευμένη τεχνική. Οι μη εκπαιδευμένες τεχνικές χρησιμοποιούνται όταν μια βάση δεδομένων γνωστών δειγμάτων δεν έχει κατασκευαστεί προηγουμένως. Η απλούστερη και ευρύτερα χρησιμοποιούμενη μη εκπαιδευμένη τεχνική MDA είναι μια βασική ανάλυση συστατικών. Η ηλεκτρονική ανάλυση δεδομένων μύτης MDA είναι πολύ χρήσιμη όταν οι αισθητήρες καλύπτουν εν μέρει ευαισθησίες σε μεμονωμένες ενώσεις που υπάρχουν σε ένα μίξερ δείγματος. Το PCA είναι το πιο χρήσιμο όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο γνωστό δείγμα.

Το νευρωνικό δίκτυο είναι οι πιο γνωστές και πιο παράγωγες τεχνικές ανάλυσης που χρησιμοποιούνται σε πακέτα στατιστικών λογισμικού για εμπορικά διαθέσιμη ηλεκτρονική μύτη.

Για παράδειγμα, ηλεκτρονικό σύστημα μύτης για την ανίχνευση οσμών φρούτων:

Ηλεκτρονικό σύστημα μύτης

Το προτεινόμενο ηλεκτρονικό σύστημα μύτης δοκιμάστηκε με τις μυρωδιές τριών φρούτων, δηλαδή, λεμόνι, μπανάνα, λίτσι. Οι μυρωδιές προετοιμάστηκαν τοποθετώντας ένα δείγμα φρούτων στους διακόπτες σφραγισμένους με ένα κάλυμμα. Το 8051 τέθηκε σε λειτουργία δοκιμών ή προπόνησης. Εάν το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση προπόνησης, η τιμή του αισθητήρα εμφανίζεται στην οθόνη LCD. Εάν το σύστημα βρίσκεται σε λειτουργία δοκιμής, το αποτέλεσμα ταξινόμησης του καρπού-στόχου εμφανίζεται στην οθόνη LCD. Ο πίνακας αισθητήρων παίρνει το αέριο μέσω της βαλβίδας 1, η οποία κανονικά είναι κλειστή. Η αντλία κενού είναι ενεργοποιημένη για 20 δευτερόλεπτα για να αντλήσει το αέριο από τη διάταξη του αισθητήρα.

Ρύθμιση δοκιμών αερίου για το προτεινόμενο σύστημα E-Nose

Η τιμή1 έκλεισε και η αντίσταση του αισθητήρα δόθηκε 60 δευτερόλεπτα για να φτάσει σε κατάσταση κατάστασης μελέτης. Το αποτέλεσμα ταξινόμησης της χαρακτηριστικής τιμής των αισθητήρων εμφανίστηκε στην οθόνη LCD. Ο θάλαμος συστοιχίας αισθητήρων αποσυνδέθηκε από τον διακόπτη δειγμάτων φρούτων και η βαλβίδα 1 άνοιξε για να ανοίξει φρέσκο ​​αέρα, η βαλβίδα 2 άνοιξε έτσι ώστε οι μυρωδιές να αντλούνται. Ο θάλαμος αερίστηκε με καθαρό αέρα για δύο λεπτά.

Εφαρμογή ηλεκτρονικής μύτης:

• Ιατρική διάγνωση και παρακολούθηση της υγείας
• Περιβαλλοντική παρακολούθηση
• Εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων
• Ανίχνευση εκρηκτικών
• Διαστημικές εφαρμογές (NASA)
• Βιομηχανίες έρευνας και ανάπτυξης
• Εργαστήρια ποιοτικού ελέγχου
• Το τμήμα επεξεργασίας και παραγωγής
• Ανίχνευση μυρωδιών ναρκωτικών
• Ανίχνευση επιβλαβών βακτηρίων

Ελπίζω τώρα να έχετε μια ιδέα για το πώς λειτουργεί η ηλεκτρονική μύτη. εάν υπάρχουν ερωτήσεις σχετικά με αυτήν την έννοια ή για ηλεκτρικά και ηλεκτρονικό έργο παρακαλώ αφήστε την ενότητα σχολίων παρακάτω.

Δικαιώματα φωτογραφίας:

• Ηλεκτρονική μύτη από επιστημονικά
• Ηλεκτρονικό διάγραμμα μπλοκ μύτης από origin-ars.els-cdn
• Ηλεκτρονικό σύστημα μύτης από mdpi