一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置及方法。解決現(xiàn)有并無有效檢測梨品質(zhì)的裝置及方法，以及靠人體自身器官對飲料樣品揮發(fā)氣體進行檢測，存在主觀差異性，以及對人體有害的技術(shù)問題。裝置包括集氣單元、采氣單元、處理單元和控制單元，集氣單元包括氣室、樣品室、第一連通管和第二連通管，共同構(gòu)成回型的循環(huán)通路，采氣單元連接到氣室，處理單元與采氣單元連接，進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接。本發(fā)明優(yōu)點是：構(gòu)建了電子鼻系統(tǒng)，使得檢測結(jié)果更加全面客觀，也避免了樣品氣體對人體健康造成危害；采集氣體時氣體進行循環(huán)流動，使得氣體混合更均勻，使得檢測的數(shù)據(jù)更加精確。
【專利說明】一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對水果品質(zhì)檢測的技術(shù)，尤其是涉及一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，以及基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)梨品種其在貯藏性上存在諸多問題，比如油梨的貯藏期較短，采后1-2周果實就會出現(xiàn)褐變等品質(zhì)變差的表象癥狀；香梨在儲藏過程中易出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象。國內(nèi)對梨果實的采后貯藏和運輸儲存方面研究較少，貯藏問題尚未解決。
[0003]長期以來，人們通過自身的感官對水果等的品質(zhì)進行判斷，而這種判斷常常帶有很強的主觀性，評價分析結(jié)果往往會隨著年齡、經(jīng)驗等不同，存在相當大的個體差異。即便同一個人也會由于身體狀況、情緒變化而得出不同結(jié)果。況且嗅覺鑒別是一個揮發(fā)物質(zhì)吸入過程，長期實驗會對人體的健康造成危害，而且某些不良氣味會令品評人員特別敏感而使結(jié)果有誤；另外，感官評價過程中往往需要大量有品評經(jīng)驗的人員組成品評小組，過程較為繁瑣，評價結(jié)果往往不具有重復性，因此對于新型的分析技術(shù)需求日益迫切。
[0004]公布號為CN101769889A的中國發(fā)明申請，公開了一種農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的電子鼻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括一主要完成對低濃度氣味收集的氣體富集模塊，一主要把氣味信號轉(zhuǎn)化為電信號的箱體氣路模塊及傳感器陣列，一主要對傳感器陣列輸出信號進行濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、特征提取的傳感器調(diào)理電路域數(shù)據(jù)預處理模塊，一對信號進行識別和判斷、且?guī)в袛?shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)，一顯示與結(jié)果輸出模塊；所述的氣體富集模塊由裝填有吸附劑的吸附管、電熱絲和溫控裝置構(gòu)成。該發(fā)明也能收集氣體進行識別，但該發(fā)明還存在不足之處:一是功能較單一，不能識別農(nóng)產(chǎn)品以外的其他樣品；而是傳感器對樣品采集方法存在隨機性，影響測試結(jié)果；三是未提出系統(tǒng)對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，以獲得精確結(jié)果的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有并無有效檢測梨品質(zhì)的裝置及方法，以及靠人體自身器官對飲料樣品揮發(fā)氣體進行檢測，存在主觀差異性，以及對人體有害的技術(shù)問題，提供了一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，包括集氣單元、采氣單元、處理單元和控制單元，所述集氣單元包括氣室、樣品室、第一連通管和第二連通管，氣室和樣品室都具有進口和出口，所述第一連通管連接在氣室出口和樣品室入口之間，所述第二連通管連接在氣室入口和樣品室出口之間，使得氣室和樣品室形成一回型的循環(huán)通路，在所述氣體室內(nèi)設置有進氣機構(gòu)，在第二連通管上設置有出氣口，出氣口上設置有出氣電磁閥，所述采氣單元連接到氣室，由氣室內(nèi)采集氣體，處理單元與采氣單元連接，所述進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接，由控制單元控制它們進行工作。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述樣品室包括抽拉式座體，在座體上設置有放置樣品的槽體，在座體的上部留有空腔，樣品室出口和入口設置在樣品室上部，且樣品室出口位于槽體上方位置。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，在所述氣室與出氣口之間的第二連通管上設置有第四電磁閥，在第二連通管上還設置有第一氣泵，所述第四電磁閥和氣泵連接到控制單元上。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述進氣機構(gòu)具有多種載氣進氣口，這些進氣口包括空氣進氣口、過濾空氣進氣口和惰性氣體進氣口，空氣進氣口、過濾空氣進氣口、惰性氣體進氣口上分別設置有第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥，第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥分別與控制單元連接。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述米氣單兀包括米氣吸管和由若干傳感器構(gòu)成的傳感器陣列，各傳感器設置在一獨立的腔室內(nèi)，所述采氣吸管一端連接在氣室上，在采氣吸管端口上設置有第五電磁閥，采氣吸管上設置有第二氣泵，采氣吸管另一端分別連接到各個傳感器的腔室上，各傳感器分別連接在處理單元上，在各傳感器的腔室上還連接有清洗管路，清洗管路上設置有第六電磁閥和第三氣泵，所述傳感器具有8個，分別為硫化物氣體傳感器、氫氣傳感器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、炭氫組分氣體傳感器、乙醇傳感器、苯類傳感器和烷類傳感器。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，在所述樣品室內(nèi)還設置有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括傾斜設置的支撐桿，在支撐桿前端轉(zhuǎn)動連接有用于放置樣品的旋轉(zhuǎn)碗杯，該旋轉(zhuǎn)碗杯位于樣品室入口上方，在旋轉(zhuǎn)碗杯的外側(cè)壁上設置有風翼。該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傾斜設置，旋轉(zhuǎn)碗杯固定樣品，且旋轉(zhuǎn)碗杯能夠繞著支撐桿進行旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)碗杯的外表面上設置的風翼是均勻間隔分布，或是呈螺旋形繞外壁分布，該風翼可以是圓弧狀截面，使得可以兜住風，在工作時，氣體由樣品室入口吹入，吹在旋轉(zhuǎn)碗杯上，在風翼的作用下，氣體會吹動旋轉(zhuǎn)碗杯旋轉(zhuǎn)，從而帶動樣品旋轉(zhuǎn)，這樣使得揮發(fā)氣體分布更加均勻，使得對樣品揮發(fā)氣體檢測更加準確。
[0012]一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法，其包括以下步驟:
[0013]步驟一:設置實驗環(huán)境溫度10~19°C，濕度為45%_55%，對采氣單元的傳感器陣列進行清洗，將潔凈空氣通入到各傳感器的腔室內(nèi)，運行2-7min，使得各傳感器處于初始狀態(tài)；
[0014]步驟二:對氣體進行預處理，將梨待測樣品放入在樣品室內(nèi)，先對集氣單元進行清洗，清洗后由進氣口通入載氣，由氣泵帶動樣品產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體隨載氣在集氣單元內(nèi)循環(huán) 10_15min ；
[0015]步驟三:由采氣吸管采集樣品氣體，將氣體排入到各傳感器的腔室內(nèi)，由控制單元控制各傳感器對腔室內(nèi)的氣體進行檢測，檢測時間為20-35S，各傳感器將檢測到的信息發(fā)送給處理單元；
[0016]步驟四:處理單元對信息進行處理得到各個傳感器的響應曲線，并在各響應曲線上采樣20~40個點，將各曲線采樣得到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)I (t)，代入非線性隨機共振模型計算得到信噪比SNR，該非線性隨機共振模型算法如下:
[0017]隨機共振系統(tǒng)包含三個因素:雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，輸入信號和外噪聲源，以一個在雙穩(wěn)態(tài)勢阱中被周期力驅(qū)動的過阻尼布朗運動粒子來描述系統(tǒng)特征，
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，包括集氣單元(I)、采氣單元(28)、處理單元(26)和控制單元(27)，所述集氣單元包括氣室(2)、樣品室(3)、第一連通管(4)和第二連通管(5)，氣室和樣品室都具有進口和出口，所述第一連通管連接在氣室出口和樣品室入口之間，所述第二連通管連接在氣室入口和樣品室出口之間，使得氣室和樣品室形成一回型的循環(huán)通路，在所述氣體室內(nèi)設置有進氣機構(gòu)，在第二連通管上設置有出氣口(6)，出氣口上設置有出氣電磁閥(7)，所述采氣單元連接到氣室，由氣室內(nèi)采集氣體，處理單元與采氣單元連接，所述進氣機構(gòu)、出氣電磁閥、采集單元分別與控制單元連接，由控制單元控制它們進行工作 。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，其特征是所述樣品室(3)包括抽拉式座體(20)，在座體上設置有放置樣品的槽體(21)，在座體的上部留有空腔(22 )，樣品室出口和入口設置在樣品室上部，且樣品室出口位于槽體上方位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，其特征是在所述氣室(2)與出氣口之間的第二連通管(5)上設置有第四電磁閥(15)，在第二連通管上還設置有第一氣泵(18)，所述第四電磁閥和氣泵連接到控制單元(27)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，其特征是所述進氣機構(gòu)具有多種載氣進氣口，這些進氣口包括空氣進氣口(8)、過濾空氣進氣口(9)和惰性氣體進氣口( 10)，空氣進氣口、過濾空氣進氣口、惰性氣體進氣口上分別設置有第一電磁閥(12)、第二電磁閥(13)和第三電磁閥(14)，第一電磁閥(12)、第二電磁閥(13)和第三電磁閥分別與控制單元(27)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，其特征是所述采氣單元(28)包括采氣吸管(11)和由若干傳感器(23)構(gòu)成的傳感器陣列，各傳感器設置在一獨立的腔室(24)內(nèi)，所述采氣吸管一端連接在氣室上，在采氣吸管端口上設置有第五電磁閥，采氣吸管上設置有第二氣泵(19)，采氣吸管另一端分別連接到各個傳感器的腔室上，各傳感器分別連接在處理單元(26)上，在各傳感器的腔室上還連接有清洗管路，清洗管路上設置有第六電磁閥(17)和第三氣泵(25)，所述傳感器(23)具有8個，分別為硫化物氣體傳感器、氫氣傳感器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、炭氫組分氣體傳感器、乙醇傳感器、苯類傳感器和烷類傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析裝置，其特征是在所述樣品室(3)內(nèi)還設置有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括傾斜設置的支撐桿(29)，在支撐桿前端轉(zhuǎn)動連接有用于放置樣品的旋轉(zhuǎn)碗杯(30 )，該旋轉(zhuǎn)碗杯位于樣品室(3)入口上方，在旋轉(zhuǎn)碗杯的外側(cè)壁上設置有風翼(31)。
7.一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法，采用權(quán)利要求1-6任一項描述的裝置，其特征是:包括以下步驟: 步驟一:設置實驗環(huán)境溫度10~19°C，濕度為45%-55%，對采氣單元的傳感器陣列進行清洗，將潔凈空氣通入到各傳感器的腔室內(nèi)，運行2-7min，使得各傳感器處于初始狀態(tài)； 步驟二:對氣體進行預處理，將梨待測樣品放入在樣品室內(nèi)，先對集氣單元進行清洗，清洗后由進氣口通入載氣，由氣泵帶動樣品產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體隨載氣在集氣單元內(nèi)循環(huán)10-15min ； 步驟三:由采氣吸管采集樣品氣體，將氣體排入到各傳感器的腔室內(nèi)，由控制單元控制各傳感器對腔室內(nèi)的氣體進行檢測，檢測時間為20-35S，各傳感器將檢測到的信息發(fā)送給處理單元； 步驟四:處理單元對信息進行處理得到各個傳感器的響應曲線，并在各響應曲線上采樣20~40個點，將各曲線采樣得到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)I (t)，代入非線性隨機共振模型計算得到信噪比SNR，該非線性隨機共振模型算法如下: 隨機共振系統(tǒng)包含三個因素:雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，輸入信號和外噪聲源，以一個在雙穩(wěn)態(tài)勢講中被周期力驅(qū)動的過阻尼布朗運動粒子來描述系統(tǒng)特征，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法，其特征是梨新鮮度與閾值關(guān)聯(lián)的步驟為: 將新鮮度值代入一種非線性狀態(tài)空間模型
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法，其特征是對步驟四中的采樣數(shù)據(jù)進行計算性噪比之前先進行異常數(shù)據(jù)處理，處理過程為:將每個傳感器響應曲線采樣到的數(shù)據(jù)作為一組檢測數(shù)據(jù)，每組檢測數(shù)據(jù)中的采樣值W符合正態(tài)分布:W~Ν(μ，σ2), μ為每組數(shù)據(jù)中采樣值W的均值，σ為每組數(shù)據(jù)中采樣值W的標準差，經(jīng)推導則有:
P (IW- μ I > 3 σ )≤ 2-2 Φ (3) = 0.003 將每組數(shù)據(jù)的均值μ、標準差σ以及各個采樣值W代入公式IW-μ I >3。，將滿足公式IW-μ I >3σ的采樣值W作為異常數(shù)據(jù)去除。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種基于智能電子鼻系統(tǒng)的梨新鮮度分析方法，其特征是其特征是步驟二中通入載氣包括三種，其操作過程為: 通入空氣:打開第一電磁閥、第四電磁閥，關(guān)閉第二電磁閥、第三電磁閥、第五電磁閥和出氣電磁閥，氣體進行循環(huán)流動，然后由采氣單元進行采集； 通入過濾空氣:打開第二電磁閥、出氣電磁閥，關(guān)閉第一電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥和第五電磁閥，清除上次通入的載氣，清除完成后關(guān)閉出氣電磁閥，打開第四電磁閥，氣體進行循環(huán)流動，然后由采氣單元進行采集； 通入惰性氣體:打開第三電磁閥、出氣電磁閥，關(guān)閉第一電磁閥、第二電磁閥、第四電磁閥和第五電磁閥，清除上次通入的載氣，清除完成后關(guān)閉出氣電磁閥，打開第四電磁閥，氣體進行循環(huán)流動，然后由采氣單元進行采集； 處理單元將在三種載氣情況下取得的數(shù)據(jù)取平均值，然后得到各個傳感器的響應曲線。
【文檔編號】G01N27/00GK103512921SQ201310333089
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】惠國華, 馬美娟, 李晨迪, 詹玉麗, 周于人, 杜桂蘇, 王南露, 周瑤, 顧佳璐, 李曼, 邵拓, 許曉嵐, 黃潔, 王敏敏, 蔡艷芳 申請人:浙江工商大學