專利名稱：一種基于usb接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是農(nóng)作物病蟲(chóng)害和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的檢測(cè)儀器，具體涉及一 種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
農(nóng)作物的不同成熟期、作物病蟲(chóng)害的不同發(fā)展期、食品的不同儲(chǔ)藏期等都有 不同揮發(fā)物產(chǎn)生，且這些揮發(fā)物足以讓氣敏傳感器有明顯的響應(yīng)，使電子鼻能 夠檢測(cè)并進(jìn)行區(qū)分識(shí)別。另一方面一般食品的香氣質(zhì)量是靠人的嗅覺(jué)感受評(píng)定 的，感官評(píng)定主要依賴人的生理何心理?xiàng)l件，評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性往往難以保證， 隨著傳感器技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，電子鼻作為檢測(cè)工具，前景十分廣闊， 但目前所用電子鼻功能單一，體積龐大不便攜帶，尤其無(wú)法帶到田間進(jìn)行氣味 采集。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供價(jià)格低、體積小、便于攜帶的一種基于USB接口的 便攜式電子鼻系統(tǒng)。為了能達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下它包括氣味采集控制系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、兩個(gè) 電磁閥和氣泵；氣味采集控制系統(tǒng)經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)分別與計(jì)算機(jī)、第一電磁閥、第二電磁閥和氣泵連接。 所述的氣味采集控制系統(tǒng)中氣敏傳感器陣列分別由八只不同的氣敏傳感器組成，并封裝在傳感器反應(yīng)室 內(nèi)，傳感器反應(yīng)室與氣泵相連，氣泵通過(guò)三通分別與第一電磁閥和第二電磁閥 相連，第一電磁閥另一端通入樣品容器，第二電磁閥另一端接載氣容器；氣敏傳感器陣列包括八只不同的氣敏傳感器，第一氣敏傳感器的1、 3腳 相連后接電源E2正極，第一氣敏傳感器的4、 6腳相連后通過(guò)電阻RQ1接電源 E2負(fù)極，第一氣敏傳感器的2腳接電源El正極，第一氣敏傳感器的5腳接電 源E1負(fù)極，電容CQ1與電阻RQ1并接，第一氣敏傳感器的4腳接相應(yīng)信號(hào)條理電路輸入端IN1，另外七只氣敏傳感器的連接方式與第一氣敏傳感器完全相同。所述的信號(hào)調(diào)理單元中第一路的第一個(gè)輸入端IN1接相應(yīng)集成運(yùn)算放大
器0P1的同向輸入端，第一電阻Rl與第五電阻Rt并接后第一端接電源E2正 極，第二端接第二電阻R2，第二電阻R2的第二端通過(guò)第三電阻R3接電源E2 負(fù)極，集成運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端分別與第二電阻R2的第二端和第四 電阻R4的第一端相連，第四電阻R4的第二端與集成運(yùn)算放大器OPl的輸出端 相接，電容C1一端與集成運(yùn)算放大器0P1的輸出端相接，另一端接電源E2負(fù) 極，集成運(yùn)算放大器OPl的輸出端再與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一個(gè)輸入端Ail相連， 其他七路信號(hào)調(diào)理單元的連接方式與第一路完全相同。所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集卡的八個(gè)輸入端Ail Ai8分別與信號(hào)調(diào) 理單元內(nèi)的八個(gè)集成運(yùn)算放大器的輸出端相連，數(shù)據(jù)采集卡的USB接口與計(jì)算 機(jī)的USB接口相接，數(shù)據(jù)采集卡的第一輸出端AOl通過(guò)第六電阻RT1接第一 個(gè)三極管基極，第一個(gè)三極管集電極接第一繼電器，第一繼電器另一端與第一 電磁閥相連后接電源VCC，第一電磁閥另一端經(jīng)第一繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)與第一 個(gè)三極管發(fā)射極相連后接地；數(shù)據(jù)采集卡的第二輸出端A02通過(guò)第二電阻RT2 接第七個(gè)三極管基極，第二個(gè)三極管集電極接第二繼電器，第二繼電器另一端 與第二電磁閥相連后接電源VCC，第二電磁閥另一端經(jīng)第二繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn) 與第二個(gè)三極管發(fā)射極相連后接地；數(shù)據(jù)采集卡的第三輸出端A03通過(guò)第八電 阻RT3接第三個(gè)三極管基極，第三個(gè)三極管集電極接第三繼電器，第三繼電器 另一端與氣泵相連后接電源VCC，氣泵另一端經(jīng)第三繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)與第三 個(gè)三極管發(fā)射極相連后接地。本實(shí)用新型具有的有益的效果是整個(gè)氣味采集由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，將樣品置于密閉容器后，待頂部空氣達(dá) 到平衡，計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集卡打開(kāi)氣泵，先把氣路切換到氣味采集狀態(tài)將容器 內(nèi)的頂空氣體傳入傳感器陣列反應(yīng)室內(nèi)，通過(guò)氣敏傳感器陣列將氣味轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，采集時(shí)間過(guò)后再將氣路切換到清 洗狀態(tài)，吸入載氣將吸附在氣敏傳感器陣列上的氣味分子除掉以便下次采集。 本實(shí)用新型具有可重復(fù)開(kāi)發(fā)能力，只要更換一個(gè)或幾個(gè)傳感器即可組成新的傳 感器陣列，針對(duì)新的應(yīng)用重新建立數(shù)學(xué)模型，方便地對(duì)不同氣味進(jìn)行采集分析。

圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2本實(shí)用新型傳感器陣列連接的線路原理圖；圖3信號(hào)調(diào)理線路原理圖；圖4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)線路原理圖
具體實(shí)施方式
如圖l所示，它包括氣味采集控制系統(tǒng)U1、信號(hào)調(diào)理單元U2、數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)U3、計(jì)算機(jī)U4、兩個(gè)電磁閥F1、 F2和氣泵B;氣味采集控制系統(tǒng)Ul經(jīng)信 號(hào)調(diào)理單元U2接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)U3，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)U3分別與計(jì)算機(jī)U4、第一 電磁閥F1、第二電磁閥F2和氣泵B連接。如圖1所示，所述的氣味采集控制系統(tǒng)U1中氣敏傳感器陣列QZ分別由八只不同的氣敏傳感器組成，并封裝在傳感器反 應(yīng)室H內(nèi)，傳感器反應(yīng)室H與氣泵B相連，氣泵B通過(guò)三通T分別與第一電磁 閥Fl和第二電磁閥F2相連，第一電磁閥Fl另一端通入樣品容器，第二電磁閥 F2另一端接載氣容器；如圖2所示，氣敏傳感器陣列QZ:包括八只不同的氣敏傳感器Q1 Q8， 第一氣敏傳感器Q1的1、 3腳相連后接電源E2正極，第一氣敏傳感器Q1的4、 6腳相連后通過(guò)電阻RQ1接電源E2負(fù)極，第一氣敏傳感器Ql的2腳接電源El 正極，第一氣敏傳感器(Q1)的5腳接電源E1負(fù)極，電容CQ1與電阻RQ1并接， 第一氣敏傳感器Q1的4腳接相應(yīng)信號(hào)條理電路輸入端IN1，另外七只氣敏傳感器的連接方式與第一氣敏傳感器Q1完全相同。如圖3所示，所述的信號(hào)調(diào)理單元U2中第一路的第一個(gè)輸入端IN1接相應(yīng)集成運(yùn)算放大器0P1的同向輸入端，第一電阻R1與第五電阻Rt并接后第一 端接電源E2正極，第二端接第二電阻R2，第二電阻R2的第二端通過(guò)第三電阻 R3接電源E2負(fù)極，集成運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端分別與第二電阻R2的 第二端和第四電阻R4的第一端相連，第四電阻R4的第二端與集成運(yùn)算放大器 OP1的輸出端相接，電容Cl 一端與集成運(yùn)算放大器0P1的輸出端相接，另一 端接電源E2負(fù)極，集成運(yùn)算放大器0P1的輸出端再與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)U3的第一 個(gè)輸入端Ail相連，其他七路信號(hào)調(diào)理單元的連接方式與第一路完全相同。如圖4所示，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)U3中數(shù)據(jù)采集卡Kl的八個(gè)輸入端Ail Ai8分別與信號(hào)調(diào)理單元U2內(nèi)的八個(gè)集成運(yùn)算放大器的輸出端相連，數(shù)據(jù)采集 卡Kl的USB接口與計(jì)算機(jī)U4的USB接口相接，數(shù)據(jù)采集卡Kl的第一輸出 端AOl通過(guò)第六電阻RT1接第一個(gè)三極管Tl基極，第一個(gè)三極管Tl集電極接 第一繼電器J1，第一繼電器J1另一端與第一電磁閥F1相連后接電源VCC，第一電磁閥F1另一端經(jīng)第一繼電器J1的常開(kāi)觸點(diǎn)與第一個(gè)三極管Tl發(fā)射極相連 后接地；數(shù)據(jù)采集卡Kl的第二輸出端A02通過(guò)第七電阻RT2接第二個(gè)三極管 T2基極，第二個(gè)三極管T2集電極接第二繼電器J2，第二繼電器J2另一端與第 二電磁閥F2相連后接電源VCC，第二電磁閥F2另一端經(jīng)第二繼電器J2的常開(kāi) 觸點(diǎn)與第二個(gè)三極管T2發(fā)射極相連后接地；數(shù)據(jù)采集卡K1的第三輸出端A03 通過(guò)第八電阻RT3接第三個(gè)三極管T3基極，第三個(gè)三極管T3集電極接第三繼 電器J3，第三繼電器J3另一端與氣泵B相連后接電源VCC，氣泵B另一端經(jīng) 第三繼電器J3的常開(kāi)觸點(diǎn)與第三個(gè)三極管T3發(fā)射極相連后接地。系統(tǒng)工作時(shí)，計(jì)算機(jī)U4通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡Kl控制氣泵B和第一電磁閥Fl 將氣體抽入傳感器反應(yīng)室H內(nèi)，由于不同的氣敏傳感器對(duì)不同氣味的敏感性不 同，使其輸出電壓也不同，由八只氣敏傳感器組成的傳感器陣列QZ經(jīng)信號(hào)調(diào)理 單元U2處理后會(huì)產(chǎn)生八個(gè)不同的輸出電壓，這些電壓再由數(shù)據(jù)采集卡K1采到 計(jì)算機(jī)U4內(nèi)形成一種氣味信息指紋圖， 一種氣味對(duì)應(yīng)一種信息指紋圖，計(jì)算機(jī) U4經(jīng)"訓(xùn)練"后將各種氣味的信息指紋圖組成數(shù)據(jù)庫(kù)，由此判斷出抽入傳感器 反應(yīng)室H內(nèi)的是何種氣味，最后計(jì)算機(jī)U4通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡Kl控制氣泵B和第 二電磁閥F2將載氣抽入傳感器反應(yīng)室H內(nèi)，將吸附在氣敏傳感器陣列上的氣味 分子除掉以便下次采集。本實(shí)用新型包括氣味采集控制系統(tǒng)Ul、信號(hào)調(diào)理單元U2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) U3、計(jì)算機(jī)U4，其中采集控制系統(tǒng)U1中的氣敏傳感器陣列可選用MQ-3、 TGS822、 MQ-7、 TGS800、 TGS824、 TGS813、 TGS880、 TGS825傳感器組成， 將傳感器陣列均勻分布在傳感器反應(yīng)室H里，傳感器反應(yīng)室H由密閉容器組成， 氣泵采用5伏微型氣泵，電磁閥采用5伏氣體電磁閥，信號(hào)調(diào)理單元U2中的集 成運(yùn)算放大器可選用高增益低噪音放大器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)U3中數(shù)據(jù)采集卡選用 NI公司USB2006型數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算機(jī)U4可選用筆記本電腦。
權(quán)利要求1、一種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)，其特征在于它包括氣味采集控制系統(tǒng)(U1)、信號(hào)調(diào)理單元(U2)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(U3)、計(jì)算機(jī)(U4)、兩個(gè)電磁閥(F1、F2)和氣泵(B)；氣味采集控制系統(tǒng)(U1)經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元(U2)接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(U3)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(U3)分別與計(jì)算機(jī)(U4)、第一電磁閥(F1)、第二電磁閥(F2)和氣泵(B)連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)，其特征 在于所述的氣味采集控制系統(tǒng)(U1)中氣敏傳感器陣列(QZ)分別由八只不同的氣敏傳感器組成，并封裝在傳感器反 應(yīng)室(H)內(nèi)，傳感器反應(yīng)室(H)與氣泵(B)相連，氣泵(B)通過(guò)三通(T)分別與第一電 磁閥(F1)和第二電磁閥(F2)相連，第一電磁閥(F1)另一端通入樣品容器，第二電 磁閥(F2)另一端接載氣容器；氣敏傳感器陣列(QZ):包括八只不同的氣敏傳感器(Q1 Q8)，第一氣敏傳感 器(Q1)的1、 3腳相連后接電源E2正極，第一氣敏傳感器(Q1)的4、 6腳相連后 通過(guò)電阻RQ1接電源E2負(fù)極，第一氣敏傳感器(Q1)的2腳接電源E1正極，第 一氣敏傳感器(Q1)的5腳接電源E1負(fù)極，電容CQ1與電阻RQ1并接，第一氣 敏傳感器(Q1)的4腳接相應(yīng)信號(hào)條理電路輸入端IN1，另外七只氣敏傳感器的連 接方式與第一氣敏傳感器(Q1)完全相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)，其特征 在于所述的信號(hào)調(diào)理單元(U2)中第一路的第一個(gè)輸入端IN1接相應(yīng)集成運(yùn)算 放大器OPl的同向輸入端，第一電阻R1與第五電阻Rt并接后第一端接電源E2 正極，第二端接第二電阻R2，第二電阻R2的第二端通過(guò)第三電阻R3接電源 E2負(fù)極，集成運(yùn)算放大器OPl的反向輸入端分別與第二電阻R2的第二端和第 四電阻R4的第一端相連，第四電阻R4的第二端與集成運(yùn)算放大器OPl的輸出 端相接，電容C1 一端與集成運(yùn)算放大器0P1的輸出端相接，另一端接電源E2 負(fù)極，集成運(yùn)算放大器0P1的輸出端再與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(U3)的第一個(gè)輸入端Ail 相連，其他七路信號(hào)調(diào)理單元的連接方式與第一路完全相同。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(U3)中數(shù)據(jù)采集卡(K1)的八個(gè)輸入端Ail Ai8分別 與信號(hào)調(diào)理單元(U2)內(nèi)的八個(gè)集成運(yùn)算放大器的輸出端相連，數(shù)據(jù)采集卡(K1) 的USB接口與計(jì)算機(jī)(U4)的USB接口相接，數(shù)據(jù)采集卡(K1)的第一輸出端AOl 通過(guò)第六電阻RT1接第一個(gè)三極管(T1)基極，第一個(gè)三極管(T1)集電極接第一繼 電器(J1)，第一繼電器(J1)另一端與第一電磁閥(F1)相連后接電源VCC，第一電 磁閥(F1)另一端經(jīng)第一繼電器(J1)的常開(kāi)觸點(diǎn)與第一個(gè)三極管(T1)發(fā)射極相連后 接地;數(shù)據(jù)采集卡(K1)的第二輸出端A02通過(guò)第七電阻RT2接第二個(gè)三極管(T2) 基極，第二個(gè)三極管(T2)集電極接第二繼電器(J2)，第二繼電器(J2)另一端與第二 電磁閥(F2)相連后接電源VCC，第二電磁閥(F2)另一端經(jīng)第二繼電器(J2)的常開(kāi) 觸點(diǎn)與第二個(gè)三極管(T2)發(fā)射極相連后接地;數(shù)據(jù)采集卡(K1)的第三輸出端A03 通過(guò)第八電阻RT3接第三個(gè)三極管(T3)基極，第三個(gè)三極管(T3)集電極接第三繼 電器(J3)，第三繼電器(J3)另一端與氣泵(B)相連后接電源VCC，氣泵(B)另一端 經(jīng)第三繼電器(J3)的常開(kāi)觸點(diǎn)與第三個(gè)三極管(T3)發(fā)射極相連后接地。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于USB接口的便攜式電子鼻系統(tǒng)。其氣味檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括氣敏傳感器陣列，其氣體輸入端通過(guò)三通管與兩只電磁閥相連，其信號(hào)輸出端經(jīng)信號(hào)調(diào)理后與數(shù)據(jù)采集卡相接，數(shù)據(jù)采集卡輸出端由USB接口與計(jì)算機(jī)相連；氣路控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡，其輸出端分別與切換氣路的電磁閥和氣泵相連。工作時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)程序，由數(shù)據(jù)采集卡打開(kāi)氣泵，先把氣路切換到氣味采集狀態(tài)，通過(guò)氣敏傳感器陣列將氣味轉(zhuǎn)換為電信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，采集時(shí)間過(guò)后再將氣路切換到清洗狀態(tài)，將吸附在氣敏傳感器陣列上的氣味分子除掉以便下次采集。它可通過(guò)改變氣敏傳感器陣列中的氣敏傳感器方便地對(duì)不同氣味進(jìn)行采集分析。
文檔編號(hào)G01N35/00GK201035020SQ20072010799
公開(kāi)日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者盛 葉, 張紅梅, 俊 王 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)