一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置及方法。解决现有并无有效检测梨品质的装置及方法，以及靠人体自身器官对饮料样品挥发气体进行检测，存在主观差异性，以及对人体有害的技术问题。装置包括集气单元、采气单元、处理单元和控制单元，集气单元包括气室、样品室、第一连通管和第二连通管，共同构成回型的循环通路，采气单元连接到气室，处理单元与采气单元连接，进气机构、出气电磁阀、采集单元分别与控制单元连接。本发明优点是：构建了电子鼻系统，使得检测结果更加全面客观，也避免了样品气体对人体健康造成危害；采集气体时气体进行循环流动，使得气体混合更均匀，使得检测的数据更加精确。
【专利说明】一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对水果品质检测的技术，尤其是涉及一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，以及基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法。
【背景技术】
[0002]大多数梨品种其在贮藏性上存在诸多问题，比如油梨的贮藏期较短，采后1-2周果实就会出现褐变等品质变差的表象症状；香梨在储藏过程中易出现腐败现象。国内对梨果实的采后贮藏和运输储存方面研究较少，贮藏问题尚未解决。
[0003]长期以来，人们通过自身的感官对水果等的品质进行判断，而这种判断常常带有很强的主观性，评价分析结果往往会随着年龄、经验等不同，存在相当大的个体差异。即便同一个人也会由于身体状况、情绪变化而得出不同结果。况且嗅觉鉴别是一个挥发物质吸入过程，长期实验会对人体的健康造成危害，而且某些不良气味会令品评人员特别敏感而使结果有误；另外，感官评价过程中往往需要大量有品评经验的人员组成品评小组，过程较为繁琐，评价结果往往不具有重复性，因此对于新型的分析技术需求日益迫切。
[0004]公布号为CN101769889A的中国发明申请，公开了一种农产品品质检测的电子鼻系统，其结构包括一主要完成对低浓度气味收集的气体富集模块，一主要把气味信号转化为电信号的箱体气路模块及传感器阵列，一主要对传感器阵列输出信号进行滤波、模数转换、特征提取的传感器调理电路域数据预处理模块，一对信号进行识别和判断、且带有数据存储的嵌入式系统，一显示与结果输出模块；所述的气体富集模块由装填有吸附剂的吸附管、电热丝和温控装置构成。该发明也能收集气体进行识别，但该发明还存在不足之处:一是功能较单一，不能识别农产品以外的其他样品；而是传感器对样品采集方法存在随机性，影响测试结果；三是未提出系统对传感器采集的数据进行处理，以获得精确结果的方法。
【发明内容】
`[0005]本发明主要是解决现有并无有效检测梨品质的装置及方法，以及靠人体自身器官对饮料样品挥发气体进行检测，存在主观差异性，以及对人体有害的技术问题，提供了一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置及方法。
[0006]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，包括集气单元、采气单元、处理单元和控制单元，所述集气单元包括气室、样品室、第一连通管和第二连通管，气室和样品室都具有进口和出口，所述第一连通管连接在气室出口和样品室入口之间，所述第二连通管连接在气室入口和样品室出口之间，使得气室和样品室形成一回型的循环通路，在所述气体室内设置有进气机构，在第二连通管上设置有出气口，出气口上设置有出气电磁阀，所述采气单元连接到气室，由气室内采集气体，处理单元与采气单元连接，所述进气机构、出气电磁阀、采集单元分别与控制单元连接，由控制单元控制它们进行工作。
[0007]作为一种优选方案，所述样品室包括抽拉式座体，在座体上设置有放置样品的槽体，在座体的上部留有空腔，样品室出口和入口设置在样品室上部，且样品室出口位于槽体上方位置。
[0008]作为一种优选方案，在所述气室与出气口之间的第二连通管上设置有第四电磁阀，在第二连通管上还设置有第一气泵，所述第四电磁阀和气泵连接到控制单元上。
[0009]作为一种优选方案，所述进气机构具有多种载气进气口，这些进气口包括空气进气口、过滤空气进气口和惰性气体进气口，空气进气口、过滤空气进气口、惰性气体进气口上分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀分别与控制单元连接。
[0010]作为一种优选方案，所述米气单兀包括米气吸管和由若干传感器构成的传感器阵列，各传感器设置在一独立的腔室内，所述采气吸管一端连接在气室上，在采气吸管端口上设置有第五电磁阀，采气吸管上设置有第二气泵，采气吸管另一端分别连接到各个传感器的腔室上，各传感器分别连接在处理单元上，在各传感器的腔室上还连接有清洗管路，清洗管路上设置有第六电磁阀和第三气泵，所述传感器具有8个，分别为硫化物气体传感器、氢气传感器、氨气传感器、氮氧化物传感器、炭氢组分气体传感器、乙醇传感器、苯类传感器和烷类传感器。
[0011]作为一种优选方案，在所述样品室内还设置有旋转机构，旋转机构包括倾斜设置的支撑杆，在支撑杆前端转动连接有用于放置样品的旋转碗杯，该旋转碗杯位于样品室入口上方，在旋转碗杯的外侧壁上设置有风翼。该旋转机构倾斜设置，旋转碗杯固定样品，且旋转碗杯能够绕着支撑杆进行旋转，该旋转碗杯的外表面上设置的风翼是均匀间隔分布，或是呈螺旋形绕外壁分布，该风翼可以是圆弧状截面，使得可以兜住风，在工作时，气体由样品室入口吹入，吹在旋转碗杯上，在风翼的作用下，气体会吹动旋转碗杯旋转，从而带动样品旋转，这样使得挥发气体分布更加均匀，使得对样品挥发气体检测更加准确。
[0012]一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法，其包括以下步骤:
[0013]步骤一:设置实验环境温度10~19°C，湿度为45%_55%，对采气单元的传感器阵列进行清洗，将洁净空气通入到各传感器的腔室内，运行2-7min，使得各传感器处于初始状态；
[0014]步骤二:对气体进行预处理，将梨待测样品放入在样品室内，先对集气单元进行清洗，清洗后由进气口通入载气，由气泵带动样品产生的挥发性气体随载气在集气单元内循环 10_15min ；
[0015]步骤三:由采气吸管采集样品气体，将气体排入到各传感器的腔室内，由控制单元控制各传感器对腔室内的气体进行检测，检测时间为20-35S，各传感器将检测到的信息发送给处理单元；
[0016]步骤四:处理单元对信息进行处理得到各个传感器的响应曲线，并在各响应曲线上采样20~40个点，将各曲线采样得到的数据作为输入数据I (t)，代入非线性随机共振模型计算得到信噪比SNR，该非线性随机共振模型算法如下:
[0017]随机共振系统包含三个因素:双稳态系统，输入信号和外噪声源，以一个在双稳态势阱中被周期力驱动的过阻尼布朗运动粒子来描述系统特征，
[0018]
【权利要求】
1.一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，包括集气单元(I)、采气单元(28)、处理单元(26)和控制单元(27)，所述集气单元包括气室(2)、样品室(3)、第一连通管(4)和第二连通管(5)，气室和样品室都具有进口和出口，所述第一连通管连接在气室出口和样品室入口之间，所述第二连通管连接在气室入口和样品室出口之间，使得气室和样品室形成一回型的循环通路，在所述气体室内设置有进气机构，在第二连通管上设置有出气口(6)，出气口上设置有出气电磁阀(7)，所述采气单元连接到气室，由气室内采集气体，处理单元与采气单元连接，所述进气机构、出气电磁阀、采集单元分别与控制单元连接，由控制单元控制它们进行工作 。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，其特征是所述样品室(3)包括抽拉式座体(20)，在座体上设置有放置样品的槽体(21)，在座体的上部留有空腔(22 )，样品室出口和入口设置在样品室上部，且样品室出口位于槽体上方位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，其特征是在所述气室(2)与出气口之间的第二连通管(5)上设置有第四电磁阀(15)，在第二连通管上还设置有第一气泵(18)，所述第四电磁阀和气泵连接到控制单元(27)上。
4.根据权利要求3所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，其特征是所述进气机构具有多种载气进气口，这些进气口包括空气进气口(8)、过滤空气进气口(9)和惰性气体进气口( 10)，空气进气口、过滤空气进气口、惰性气体进气口上分别设置有第一电磁阀(12)、第二电磁阀(13)和第三电磁阀(14)，第一电磁阀(12)、第二电磁阀(13)和第三电磁阀分别与控制单元(27)连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，其特征是所述采气单元(28)包括采气吸管(11)和由若干传感器(23)构成的传感器阵列，各传感器设置在一独立的腔室(24)内，所述采气吸管一端连接在气室上，在采气吸管端口上设置有第五电磁阀，采气吸管上设置有第二气泵(19)，采气吸管另一端分别连接到各个传感器的腔室上，各传感器分别连接在处理单元(26)上，在各传感器的腔室上还连接有清洗管路，清洗管路上设置有第六电磁阀(17)和第三气泵(25)，所述传感器(23)具有8个，分别为硫化物气体传感器、氢气传感器、氨气传感器、氮氧化物传感器、炭氢组分气体传感器、乙醇传感器、苯类传感器和烷类传感器。
6.根据权利要求1所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析装置，其特征是在所述样品室(3)内还设置有旋转机构，旋转机构包括倾斜设置的支撑杆(29)，在支撑杆前端转动连接有用于放置样品的旋转碗杯(30 )，该旋转碗杯位于样品室(3)入口上方，在旋转碗杯的外侧壁上设置有风翼(31)。
7.一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法，采用权利要求1-6任一项描述的装置，其特征是:包括以下步骤: 步骤一:设置实验环境温度10~19°C，湿度为45%-55%，对采气单元的传感器阵列进行清洗，将洁净空气通入到各传感器的腔室内，运行2-7min，使得各传感器处于初始状态； 步骤二:对气体进行预处理，将梨待测样品放入在样品室内，先对集气单元进行清洗，清洗后由进气口通入载气，由气泵带动样品产生的挥发性气体随载气在集气单元内循环10-15min ； 步骤三:由采气吸管采集样品气体，将气体排入到各传感器的腔室内，由控制单元控制各传感器对腔室内的气体进行检测，检测时间为20-35S，各传感器将检测到的信息发送给处理单元； 步骤四:处理单元对信息进行处理得到各个传感器的响应曲线，并在各响应曲线上采样20~40个点，将各曲线采样得到的数据作为输入数据I (t)，代入非线性随机共振模型计算得到信噪比SNR，该非线性随机共振模型算法如下: 随机共振系统包含三个因素:双稳态系统，输入信号和外噪声源，以一个在双稳态势讲中被周期力驱动的过阻尼布朗运动粒子来描述系统特征，
8.根据权利要求7所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法，其特征是梨新鲜度与阈值关联的步骤为: 将新鲜度值代入一种非线性状态空间模型
9.根据权利要求7或8所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法，其特征是对步骤四中的采样数据进行计算性噪比之前先进行异常数据处理，处理过程为:将每个传感器响应曲线采样到的数据作为一组检测数据，每组检测数据中的采样值W符合正态分布:W~Ν(μ，σ2), μ为每组数据中采样值W的均值，σ为每组数据中采样值W的标准差，经推导则有:
P (IW- μ I > 3 σ )≤ 2-2 Φ (3) = 0.003 将每组数据的均值μ、标准差σ以及各个采样值W代入公式IW-μ I >3。，将满足公式IW-μ I >3σ的采样值W作为异常数据去除。
10.根据权利要求7或8所述的一种基于智能电子鼻系统的梨新鲜度分析方法，其特征是其特征是步骤二中通入载气包括三种，其操作过程为: 通入空气:打开第一电磁阀、第四电磁阀，关闭第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀和出气电磁阀，气体进行循环流动，然后由采气单元进行采集； 通入过滤空气:打开第二电磁阀、出气电磁阀，关闭第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀，清除上次通入的载气，清除完成后关闭出气电磁阀，打开第四电磁阀，气体进行循环流动，然后由采气单元进行采集； 通入惰性气体:打开第三电磁阀、出气电磁阀，关闭第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀，清除上次通入的载气，清除完成后关闭出气电磁阀，打开第四电磁阀，气体进行循环流动，然后由采气单元进行采集； 处理单元将在三种载气情况下取得的数据取平均值，然后得到各个传感器的响应曲线。
【文档编号】G01N27/00GK103512921SQ201310333089
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】惠国华, 马美娟, 李晨迪, 詹玉丽, 周于人, 杜桂苏, 王南露, 周瑶, 顾佳璐, 李曼, 邵拓, 许晓岚, 黄洁, 王敏敏, 蔡艳芳 申请人:浙江工商大学