Giới thiệu

Mũi điện tử là thiết bị phát hiện mùi hiệu quả hơn khứu giác của con người. Mũi điện tử có cơ chế phát hiện hóa chất. Mũi điện tử là một cảm biến thông minh sử dụng một loạt các cảm biến khí được chồng lên nhau một cách có chọn lọc với các thành phần nhận dạng mẫu. Hiện nay, mũi điện tử đã mang lại lợi ích bên ngoài cho nhiều ngành công nghiệp thương mại, bao gồm nông nghiệp, y sinh và công nghệ y sinh. Mỹ phẩm Môi trường thực phẩm, nước uống và các lĩnh vực nghiên cứu khoa học khác nhau. Mũi điện tử phát hiện các khí độc hại hoặc độc hại mà người đánh hơi không thể thực hiện được.

Mùi được tạo thành từ các phân tử, có kích thước và hình dạng độc đáo. Mỗi phân tử này có một thụ thể có kích thước và hình dạng tương ứng trong mũi người. Khi một thụ thể cụ thể nhận được một phân tử, nó sẽ gửi tín hiệu đến não và não xác định mùi liên quan đến phân tử đó. Mũi điện tử hoạt động theo cách tương tự như mũi của con người, với mũi điện tử sử dụng cảm biến làm máy thu. Thay vì gửi nó đến não.

Nguyên tắc làm việc của mũi điện tử:

Mũi điện tử được phát triển để bắt chước khứu giác của con người. Về cơ bản, thiết bị này bao gồm một mảng cảm biến, một mô-đun nhận dạng mẫu và lấy mẫu khoảng trống để tạo ra một mẫu tín hiệu được sử dụng để mô tả mùi. Mũi điện tử bao gồm ba phần chính: hệ thống phát hiện, hệ thống tính toán và hệ thống phân phối mẫu.

Hệ thống phân phối mẫu: Hệ thống phân phối mẫu cho phép hình thành phần trên của mẫu (khoảng trống) hoặc hợp chất dễ bay hơi là bộ phận đang được phân tích. Sau đó, hệ thống sẽ gửi phần trên của mẫu này vào hệ thống phát hiện của mũi điện tử.

Hệ thống phát hiện: Hệ thống phát hiện bao gồm một nhóm cảm biến là bộ phận phản ứng của thiết bị. Khi tiếp xúc với các hợp chất dễ bay hơi. Khi đó, cảm biến phản ứng, gây ra những thay đổi về đặc tính điện của nó.

Hệ thống máy tính: Trong hầu hết các mũi điện tử, mỗi cảm biến nhạy cảm với tất cả các phân tử theo cách riêng của nó. Tuy nhiên, trong mũi điện sinh học, các protein thụ thể phản ứng với các phân tử mùi cụ thể được sử dụng. Hầu hết các mũi điện tử sử dụng một loạt các cảm biến phản ứng với các hợp chất dễ bay hơi. Bất cứ khi nào cảm biến phát hiện mùi, Một phản hồi cụ thể được ghi lại và tín hiệu đó được truyền kỹ thuật số.

Các cảm biến thường được sử dụng trong mũi điện tử:

• Bóng bán dẫn điện trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET)
• Dẫn polyme
• Cân vi lượng tinh thể thạch anh
• Cảm biến áp điện
• Cảm biến oxit kim loại

Cảm biến bán dẫn oxit kim loại:

Được sử dụng để chuyển mạch hoặc khuếch đại tín hiệu điện tử. Nguyên lý hoạt động của MOSFET là các phân tử đi vào vùng cảm biến mang điện tích dương hoặc âm, ảnh hưởng trực tiếp đến điện trường trong MOSFET.

Cảm biến oxit kim loại (MOS):

Cảm biến này dựa vào sự hấp phụ của các phân tử khí để tạo ra những thay đổi về độ dẫn điện. Sự thay đổi độ dẫn điện này là thước đo lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được hấp thụ.

Cảm biến áp điện:

Sự hấp phụ khí lên bề mặt polyme dẫn đến sự thay đổi khối lượng trên bề mặt cảm biến, từ đó gây ra sự thay đổi tần số cộng hưởng của các tinh thể.

Cân vi lượng tinh thể thạch anh:

Đây là phương pháp đo khối lượng trên một đơn vị diện tích bằng cách đo sự thay đổi tần số của bộ tạo tần số tinh thể. Thông tin này có thể được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

Dẫn polyme:

Cảm biến khí polymer dẫn điện hoạt động bằng cách dựa vào những thay đổi về điện trở do hấp phụ khí lên bề mặt cảm biến.

Phân tích dữ liệu cho mũi điện tử:

Đầu ra kỹ thuật số do cảm biến mũi điện tử tạo ra phải được phân tích và giải thích. Có ba loại kỹ thuật chính có sẵn trên thị trường:

• Phân tích đồ họa
• Phân tích dữ liệu đa biến
• Phân tích mạng

Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào có sẵn từ cảm biến.

Hình thức biến dạng dữ liệu đơn giản nhất là phân tích đồ thị. Điều này rất hữu ích để so sánh các mẫu hoặc so sánh các yếu tố nhận dạng mùi của một đối tượng không xác định được phân tích với một nguồn đã biết trong thư viện tham chiếu.

Phân tích dữ liệu đa biến (MDA) tạo ra một tập hợp các kỹ thuật để phân tích dữ liệu được đào tạo hoặc chưa được đào tạo. Kỹ thuật MDA chưa được đào tạo đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất là Phân tích nguyên tố chính (PCA). Các mẫu PCA hữu ích nhất khi không có mẫu đã biết.

Mạng nơ-ron là kỹ thuật phân tích nổi tiếng và phát triển nhất. Điều này được sử dụng trong các gói phần mềm thống kê cho các ứng dụng mũi điện tử có bán trên thị trường.

Ví dụ, một hệ thống mũi điện tử để phát hiện mùi trái cây:

Hệ thống mũi điện tử được trình bày được thử nghiệm trên mùi của ba loại trái cây: chanh, chuối và vải. Mùi hương được cung cấp bằng cách đặt một mẫu trái cây vào cốc có nắp đậy kín. Nếu hệ thống đang ở chế độ đào tạo, giá trị cảm biến sẽ được hiển thị trên màn hình LCD. Kết quả phân loại trái cây mục tiêu được hiển thị trên màn hình LCD. Bơm chân không được kích hoạt trong 20 giây để bơm khí ra khỏi cụm cảm biến.

Kết quả phân loại đặc tính cảm biến được hiển thị trên màn hình LCD, bộ phận cảm biến được ngắt kết nối khỏi cốc mẫu trái cây và van thứ 1 được mở để nhận không khí trong lành. Van thứ 2 được mở để mùi được bơm ra ngoài. Buồng cảm biến được thông gió bằng không khí trong lành trong hai phút.

Ứng dụng mũi điện tử:

• Chẩn đoán y tế và theo dõi sức khỏe
• Giám sát môi trường
• Ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm
• Phát hiện chất nổ
• Ứng dụng trong không gian (NASA)
• Ngành R & D
• Phòng thí nghiệm kiểm soát chất lượng
• Phòng Quy trình & Sản xuất
• Phát hiện mùi thuốc
• Phát hiện vi khuẩn có hại

Tôi hy vọng bây giờ bạn đã có ý tưởng về cách thức hoạt động của mũi điện tử.