Giới thiệu:

Mũi điện tử là thiết bị phát hiện mùi hiệu quả hơn khứu giác của con người. Mũi điện tử bao gồm một cơ chế phát hiện hóa chất. Mũi điện tử là một thiết bị cảm biến thông minh sử dụng một loạt các cảm biến khí được chồng lên nhau có chọn lọc cùng với một bộ phận sắp xếp lại mẫu. Ngày nay, mũi điện tử đã mang lại những lợi ích bên ngoài cho rất nhiều ngành công nghiệp thương mại, nông nghiệp, y sinh, mỹ phẩm, môi trường, thực phẩm, nước và các lĩnh vực nghiên cứu khoa học khác nhau. Mũi điện tử phát hiện ra khí độc hại hoặc khí độc mà người đánh hơi không thể thực hiện được.

Mũi điện tử

Các mùi được cấu tạo từ các phân tử, có kích thước và hình dạng cụ thể. 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 một tín hiệu đến não và não xác định mùi liên quan đến phân tử cụ thể đó. Các mũi điện tử hoạt động theo cách tương tự của con người. Mũi điện tử sử dụng cảm biến làm cơ quan tiếp nhận. Khi một cảm biến cụ thể nhận được các phân tử, nó sẽ truyền tín hiệu tới một chương trình để xử lý, thay vì đến não.

Nguyên tắc làm việc của mũi điện tử:

Mũi điện tử được phát triển để bắt chước khứu giác của con người có chức năng không phải là cơ chế riêng biệt, tức là mùi hoặc hương vị được coi là dấu vân tay toàn cầu. Về cơ bản, thiết bị bao gồm mảng cảm biến, mô-đun tổ chức lại mẫu và lấy mẫu không gian đầu, để tạo ra mẫu tín hiệu được sử dụng để đặc trưng cho mùi. Mũi điện tử bao gồm ba bộ phận chính là hệ thống phát hiện, hệ thống tính toán, hệ thống cung cấp mẫu.

Sơ đồ khối mũi điện tử

Hệ thống phân phối mẫu: Hệ thống phân phối mẫu cho phép tạo ra không gian đầu của mẫu hoặc các hợp chất dễ bay hơi là một phần được phân tích. Sau đó, hệ thống sẽ gửi không gian đầu 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 lúc đó các cảm biến sẽ phản ứng gây ra những thay đổi về đặc tính điện.

Hệ thống máy tính: Trong hầu hết các mũi điện tử, mỗi cảm biến nhạy cảm với tất cả các phân tử theo cách cụ thể của chúng. Tuy nhiên, trong các 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 mảng cảm biến phản ứng với các hợp chất dễ bay hơi. Bất cứ khi nào các cảm biến cảm nhận được bất kỳ mùi nào, một phản hồi cụ thể sẽ được ghi lại để tín hiệu được truyền vào giá trị kỹ thuật số.

Các cảm biến được sử dụng phổ biến hơn trong mũi điện tử

Chất bán dẫn oxit kim loại (MOSFET)

Dẫn điện polyme

Cân bằng tinh thể thạch anh

Cảm biến áp điện

Cảm biến Oxit kim loại

Cảm biến bán dẫn Metal Oxide:

Điều này được sử dụng cho chuyển đổi hoặc khuếch đại tín hiệu điện tử. Nguyên lý hoạt động của MOSFET là các phân tử đi vào vùng cảm ứng sẽ được tích điện dương hoặc âm có tác dụng trực tiếp lên điện trường bên trong MOSFET.

Cảm biến Oxit kim loại: (MOS)

“các dạng danh sách năng lượng tái tạo ”

Cảm biến này dựa trên sự hấp phụ của các phân tử khí để kích thích sự thay đổi độ dẫn điện. Sự thay đổi độ dẫn điện này là thước đo lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được hấp phụ.

Cảm biến áp điện:

Sự hấp phụ khí lên bề mặt polyme dẫn đến sự thay đổi khối lượng trên bề mặt cảm biến. Điều này tạo ra sự thay đổi tần số cộng hưởng của tinh thể.

Cân bằng tinh thể thạch anh:

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

Dẫn điện polyme:

Cảm biến khí polyme dẫn điện hoạt động dựa trên sự thay đổi về điện trở do sự hấp phụ khí lên bề mặt cảm biến.

Phân tích dữ liệu cho mũi điện tử:

Đầu ra kỹ thuật số được tạo ra bởi cảm biến mũi điện tử phải được phân tích và diễn giải để cung cấp. Có ba loại kỹ thuật chính có sẵn trên thị trường.

Phân tích đồ thị
Phân tích dữ liệu đa biến
Phân tích mạng

Phân tích dữ liệu cho Mũi điện tử

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

Dạng đơn giản nhất của việc giảm dữ liệu là một phân tích đồ họa hữu ích để so sánh các mẫu hoặc so sánh các yếu tố nhận dạng mùi của các nhà phân tích chưa biết so với các yếu tố của các nguồn đã biết trong thư viện tham khảo.

“biểu tượng cho sự kháng chiến là gì ”

Phân tích dữ liệu đa biến tạo ra một tập hợp các kỹ thuật để phân tích dữ liệu được đào tạo hoặc kỹ thuật chưa được đào tạo. Các kỹ thuật chưa được đào tạo được sử dụng khi cơ sở dữ liệu của các mẫu đã biết chưa được xây dựng trước đó. Kỹ thuật MDA chưa qua đào tạo đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất là phân tích thành phần nguyên tắc. Phân tích dữ liệu mũi điện tử MDA rất hữu ích khi các cảm biến có độ nhạy bao phủ một phần đối với các hợp chất riêng lẻ có trong máy trộn mẫu. PCA hữu ích nhất khi không có sẵn mẫu nào.

Mạng nơron là kỹ thuật phân tích có nguồn gốc tốt nhất và được biết đến nhiều nhất được sử dụng trong các gói phần mềm thống kê cho mũi điện tử có sẵn trên thị trường.

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

Hệ thống mũi điện tử

Hệ thống mũi điện tử được đề xuất đã được thử nghiệm với mùi của ba loại trái cây là chanh, chuối, vải. Các mùi được chuẩn bị bằng cách đặt một mẫu trái cây vào các ngăn có nắp đậy kín. 8051 được đặt ở chế độ thử nghiệm hoặc huấn luyện. Nếu hệ thống đang ở chế độ huấn luyện, giá trị cảm biến được hiển thị trên màn hình LCD. Nếu hệ thống đang ở chế độ kiểm tra, kết quả phân loại của quả mục tiêu được hiển thị trên màn hình LCD. Mảng cảm biến lấy khí qua Van 1, van thường đóng. Bơm chân không được bật trong 20 giây để bơm khí ra khỏi mảng cảm biến.

Thiết lập kiểm tra khí cho hệ thống E-Nose được đề xuất

Giá trị1 được đóng và điện trở cảm biến được cho 60 giây để đạt được chế độ trạng thái nghiên cứu. Kết quả phân loại giá trị đặc tính của cảm biến xuất hiện trên màn hình LCD. Ngăn mảng cảm biến được ngắt kết nối với bộ ngắt mẫu trái cây và van 1 được mở để chuyển không khí trong lành, van 2 được mở để bơm mùi ra ngoài. Căn phòng được thông thoáng với không khí trong lành trong hai phút.

Ứng dụng của mũi điện tử:

Chẩn đoán y tế và theo dõi sức khỏe
Kiểm soát môi trường
Ứng dụng trong ngành thực phẩm
Phát hiện chất nổ
Ứng dụng vũ trụ (NASA)
Các ngành nghiên cứu và phát triển
Phòng thí nghiệm kiểm tra chất lượng
Quy trình và bộ phận sản xuất
Phát hiện mùi thuốc
Phát hiện vi khuẩn có hại

Tôi hy vọng bây giờ bạn đã có một ý tưởng về cách hoạt động của mũi điện tử. nếu có bất kỳ câu hỏi nào về khái niệm này hoặc về điện và dự án điện tử xin vui lòng để lại phần bình luận bên dưới.

Tín dụng Hình ảnh: