一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统。包括传感器阵列、信号采集模块、温度控制模块、气路控制模块、按键、显示屏、数据存储模块、通讯接口和控制器,由气路控制模块将样品的特征气体采集进入气室,经传感器阵列转化为电压信号,再经过信号采集模块转换成数字信号,最后由模式识别单元给出判别结果。同现有技术相比较,本发明专利技术具有以下积极效果:1)由于采用了便携化设计,系统可脱离电脑独立工作;2)本发明专利技术加入了传感器工作腔的温湿度控制模块,稳定了其工作环境,提高了检测精度;3)本发明专利技术采用了预处理技术与BP神经网络的组合识别算法,提高了系统识别率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种农产品品质的检测仪器,特别涉及一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统。
技术介绍
我国的农产品流通主要以未经加工的鲜活产品为主,但由于在物流过程中缺乏对 农产品品质的有效监控,导致我国农产品产后物流过程中的损失较大。据统计,我国果蔬在 物流环节中的损失率为20% -30%,年损失近1000亿元人民币,而发达国家果蔬采后损失 率则在5%以下;我国粮食损失占总产量的12%-15%,相当于8000万人口的年消费量;因 此,研究农产品品质检测手段,对于减少我国农产品的损失,促进农村经济发展和农民增收 具有十分重要的意义。现阶段农产品品质检测技术主要有电磁特性检测技术、光学特性 检测技术、声波振动特性检测技术、机器视觉检测技术和电子鼻技术等,其中,电子鼻检测 是一种无损的、快速的农产品品质检测方法,吸引了众多研究者的目光,具有较好的应用前景。目前,还没有专用于农产品品质检测的电子鼻系统,且大多数电子鼻系统结构笨 重,不能脱离电脑使用,不适宜现场快速检测。另外,电子鼻所用的传感器对环境的温湿度 变化敏感,而大多数电子鼻系统没有对传感器工作环境的温湿度进行控制,导致检测的精 度与重复性不够高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统,提供一种设有系统工 作环境温度控制模块和经过小型化设计的传感器阵列的电子鼻系统,既提高了检测精度, 又能使检测仪器小型化,制成便携式检测仪器。一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统,其特征在于该系统由控制器1、气室2、气 路控制模块3、温度控制模块4、气体传感器阵列5、温湿度传感器6、信号采集模块7、按键 8、显示屏9、数据存储模块10和通讯接口 11构成,控制器1通过气路控制模块3将香蕉的 特征气体送入气室2,控制器1通过温度控制模块4控制气室2中的温度,气体传感器阵列 5和温湿度传感器6布置在气室2内,信号采集模块7分别采集气体传感器阵列5提供的 气体特征信息和温湿度传感器6提供的温湿度信息,并且传输给控制器1,系统通过按键8 控制操作,检测结果由显示屏9显示;且控制器1分别与数据存储模块10和通讯接口 11连 接;气路控制模块3由气室2、样品室2’、进气口 31、出气口 32、第一干燥管G1、第二干燥管 G2、气泵35、以及阀门Kl K4组成,由气泵35控制气室中的气体的流动,而阀门Kl K4 控制气体的流动路径,控制气室2中的气体的湿度由第一干燥管Gl和第二干燥管G2控制; 温度控制模块4由气室2、温湿度传感器6、PID控制器42、极性控制电路43和半导体制冷 片44构成,由温湿度传感器6采集气室2的温度,传递给PID控制器42,PID控制器42计 算出控制参数,然后通过极性控制电路43控制半导体制冷片44工作,从而控制气室中的温度。一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统,所用的识别算法包括数据预处理、特征提 取、降维处理和识别算法四部分。其中数据预处理采用传感器归一化技术;特征提取采用 的是最大值特征;降维处理采用线性判别分析算法;识别算法则采用BP神经网络识别算法。同现有技术相比较,本专利技术具有以下积极效果1)由于采用了便携化设计,系统 可脱离电脑独立工作;2)本专利技术加入了传感器工作腔的温湿度控制模块,稳定了其工作环 境,提高了检测精度;3)本专利技术采用了预处理技术与BP神经网络的组合识别算法,提高了 系统识别率。附图说明图1为用于香蕉品质检测的电子鼻系统框图。图2为气路控制模块示意图。图3为温度控制模块示意图。图4为温度控制模块的极性控制电路原理图。图5为电子鼻系统的识别算法的拓扑结构图。具体实施例方式实施例1 一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统框图,如图1所示。本电子鼻系统包括传感器阵列、信号采集模块、温度控制模块、气路控制模块、按 键、显示屏、数据存储模块、通讯接口和控制器。其工作流程如下由气路控制模块将样品的 特征气体采集进入气室,经传感器阵列转化为电压信号,再经过信号采集模块转换成数字 信号,最后由模式识别单元给出判别结果。本专利技术选用了 8种传感器优化组成了电子鼻的检测阵列,它们的型号及性能描述 如表1所示。当样气被采集进入气室后,会发生扩散稀释,导致浓度变低,有可能超出传感器的 检测范围,因而,应尽量减小气室的体积,降低气室体积对样气浓度的影响。本专利技术通过对 传感器阵列的小型化设计,可大大缩减系统的检测气室腔体,内部容积仅12ml,从而有效减 小样气进入气室后的扩散时间,使特征气体能迅速扩散至传感器上并减少了在气室腔中的 浓度降低,进而提高传感器阵列的检测精度与响应速度。表1传感器型号及性能特点 图2为本专利技术所用的气路控制示意图,使用了 4个电磁阀及1个气泵,定义了三种 状态静置、清洗和混合;静置是关闭气泵和所有的阀,使气室保持在一个稳定的状态中, 从而得到一个准确的测量结果;清洗是打开阀1和阀3,关闭阀2和阀4,并打开气泵,使干 燥的清洗气体流过气室,使传感器都恢复到初始状态;混合则是打开阀2和阀4,关闭阀1 和阀3,并打开气泵,令气室与样品室相通,并在气泵的作用下样品室中的特征气体不断流 过气室,最终达到一个平衡状态。进气口处的第二干燥管用来控制环境湿度。测试中的特 征气体在一个封闭的气路中不断通过第二干燥管,水蒸气被干燥剂所吸附,最终气室中的 样气的湿度将控制在10%以下,较好地避免了水蒸汽对传感器阵列的影响。经反复实验,测 试时气室的平均湿度为6. 1%,标准差为1. 1%。本专利技术使用了数字温湿度传感器SHT71来监测传感器的工作环境,可实时动态观 测到气室中的温湿度。PID温度控制器的控温精度能达到0.5°C,控温范围为20-70°C ;而 环境湿度控制则由在进气口处的第一和第二干燥管来完成。图3为本专利技术所用的温度控制模块示意图,由SHT71传感器采集气室中的温度,传 递给PID控制器计算控制参数,然后输出PWM控制H桥路极性控制电路,由H桥路极性控制 电路控制半导体制冷片中的电流方向及通电时间,实现其加热或制冷功率的控制。图4为H桥电路原理图,使用四只MOS管搭建了一个H桥路电路,用于控制流过半 导体制冷片的电流方向,即控制制冷片的加热或制冷,同时由于其工作电流比较大,为了不 对其他电路造成影响,使用两只光耦进行隔离;当Heat端为高电平、Cool端为低电平时,光 耦U8导通,U9截止,从而MOS管Q2和Q3导通,Ql和Q4截止,流过半导体制冷片的电流为 正向电流,此时其工作在加热状态;反之,当Heat端为低电平、Cool端为高电平时,半导体 制冷片工作在制冷状态。当两端电平相同时,半导体制冷片停止工作。图中R43、R44、R45 和R47为电阻。图5为电子鼻系统的识别算法的拓扑结构图,包括数据预处理、特征提取、降维 处理和识别算法四部分。图中Χη···Χ1η、Χ21···Χ2η、…、XfX9n为原始数据,X11-Xln> X21-x2n>…、XfX9n为预处理后得到的数据,X1 > X2>…、X9是提取的最大值特征,LD1和LD2为 经过LDA处理后所得的第1分量和第2分量,I1和I2为BP神经网络的输入层神经元,H1,H2, -H8为BP神经网络的隐含层神经元,O1^O2,…、O5为BP神经网本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于香蕉品质检测的电子鼻系统,其特征在于:该系统由控制器(1)、气室(2)、气路控制模块(3)、温度控制模块(4)、气体传感器阵列(5)、温湿度传感器(6)、信号采集模块(7)、按键(8)、显示屏(9)、数据存储模块(10)和通讯接口(11)构成,控制器(1)通过气路控制模块(3)将香蕉的特征气体送入气室(2),控制器(1)通过温度控制模块(4)控制气室(2)中的温度,气体传感器阵列(5)和温湿度传感器(6)布置在气室(2)内,信号采集模块(7)分别采集气体传感器阵列(5)提供的气体特征信息和温湿度传感器(6)提供的温湿度信息,并且传输给控制器(1),系统通过按键(8)控制操作,检测结果由显示屏(9)显示;且控制器(1)分别与数据存储模块(10)和通讯接口(11)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:潘敏,杨昊,李洪涛,陈玮,陈裕泉,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]
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