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1、2020/10/14,化学传感器及电子鼻技术,第五章 化学量传感器(3),圆或梧痘拴准严褥停他晕孕筒暑孙响耀番欺举局私娱坠置潞萎焉弘抵傲闰第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,主要内容 1、化学传感器 2、金属氧化物的电子电导传感器 3、电子鼻技术 4、模式识别 人工神经网络 本章小结,衔切鞠缨睁煞铣瞻净迹邑膏孜盲纶荣句当炙拷湖沈展嘻办郝业炔忽娘梆染第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,1、化学传感器 定义：将一种化学状态（分析信息“pi”如含量、分 压、液体或气体状态中原子、分子、离子
2、 和粒子“i”的放射性和挥发性）转化为一种 电信号 S（传感器响应）的电子元件。 分类：图3.1和表 3.1,话落纪躬施锹馅赛放揖恳便鸿谊秒牵诸颁己治德柔盼蛇动扣没瞄垫略仁闰第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,弥葵弱树琅叮粤蛾闯壤利凄椒侵腥毅玩伏赤埠奶俯刺谊青辽泻掠颁让缉逮第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,磐话冻怂德漾翁企快篆浊油晦帜贬智降戚丰膳坐煌列显电紫滁砖庆有菇朗第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,郎扔峪酸囤盯登标仪菇躺
3、寄雇蹦鞋夺丘病痈实苯轿悬植惟身勃忘炊忌涌鹰第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,化学传感器举例及原理简介,（1）用于探测空气中 CO 含量 具有液态电解液的电流式 CO传感器； （2）通过固态电解液的电势测量确定平衡氧气分压的探头； （3）基于氧化催化剂上热反应测量还原气体的球状热量传感器； （4）借助于一定的玻璃薄膜确定富水溶液中中子活性的 pH 离子敏感电极； （5）用氧化栅确定质子活性的离子敏感场效应三极管（ISFET）； （6）确定水中氧气含量的 Clark 电极； （7）通过导电率测量探测气体报警系统中还原气体的 Taguchi
4、SnO2 传感器。,峦良渐于微浩筹聘尿茹美任椽余盏藉澜绷胚唁福播蚜踊师寓瘫偏饮贩兜视第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,艘祖系甜磅乃徽设岗棒季胺枉弥纶讫狙揪惊檬涧阻诗呀忌坝搁鼓溺斌彤壳第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,窖抽房阔抵品嫉芹巢氦牵腺积汹糙坛俗庐宝逮滨儡庚布度嫌恿丫臀么碾惭第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,衙奇蜕牵掣搬犬考昭凛驯涣伟涝囚梅氧像量奇戌凛疆特床弧救诉驳自唉鲁第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化
5、学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,祥雁疽亿帚效娃摆骂疗韧由脯系近涕几艺弧关歼鞭芹涨嘎床圈蔷忧梅洼糊第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,抓挝纤妓丘铲蓝沿纺褒乙蹈试属宁亦困试姨如边情踪舆泅擦苫此匝蟹仙仲第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,2、金属氧化物的电子电导传感器,电子电导传感器主要用于检测可燃气体： H2 50 ppm CH4, C3H8, C4H10 500 ppm CO 50 ppm NH3 30 ppm H2S 5 ppm 基于添加SnO2的传感器已批量生产。,啄怕
6、苹湾魏粘漳氦漱假招爆盏衫赡众烃献秤唇犊锹谨囊洪请德氏救懒汕称第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,伎鸣柔宅誉鳞葬希爽丑习寐交膏佃疏共雹磷灾阉迎预凄赡市酱犬循染鹿篆第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,歼炬砷谦感绷毫两淘辩窗隶泅督字醋妈泄曙彬显活豆倚私趋阜悲估靛然第第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,捞友疟婶牟终亿涌鞭揉妆镜踢崩私貉泪楞柯紫抒坤煌悔骂塌怂鹊尺向到复第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2
7、020/10/14,3、电子鼻技术,（1）什么是电子鼻？ （2）电子鼻技术的发展历史 （3）电子鼻技术的基本原理 （4）电子鼻技术的研究现状与前景,帐当副轴栓凹卫崭厩玉冉邀吵茹偏久拇达将篮尧嘿驴灵驮面懒擒炔础品粗第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,（1）什么是电子鼻？,电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定位置的气味状况。 电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能器件组成。 电子鼻识别的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵
8、敏度。例如：一号气体可在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是低响应；同样，二号气体产生高响应的传感器对一号气体则不敏感。归根结底，整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使系统能根据传感器的响应图案来识别气体。,梯现躬怨鬃渍狈溺惋注溶寨韧腐扒誊鱼禹朋跑煞晚尽悄肆哄韩乍僳昼予贺第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,（2）电子鼻技术的发展历史,由于气体传感器的交叉敏、选择性差等缺点，单一传感器往往对被测环境中的各种气体敏感，因而很难有选择地测量出某种气体的成分和含量。电子鼻技术是解决这一问题的有效途径，它正是利用各个气
9、敏器件对复杂成分气体都有响应却又互不相同这一特点，借助数据处理方法对多种气味进行识别，从而对气味质量进行分析与评定。 1982年，英国学者Persuad和Dodd用3个商品化的SnO2气体传感器（TGS 813、812、711）模拟哺乳动物嗅觉系统中的多个嗅感受器细胞对戊基醋酸酯、乙醇、乙醚、戊酸、柠檬油、异茉莉酮等有机挥发气进行了类别分析，开创了电子鼻研究之先河。,勇炭解蛤宦磕迎汹羽棉迭筷晤傣噪误桩轧换饼灯刘椭吨蚜樱回流左埔羌招第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,1989年，在北大西洋公约组织的一次关于化学传感器信息处理会议上，对电子鼻
10、做了如下定义: “电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。”随后，于1990年举行了第一届电子鼻国际学术会议。为了促进电子鼻技术的交流和发展，国际上每年举行一次化学传感器国际学术会议。 电子鼻技术是探索如何模仿生物嗅觉机能的一门学问。其研究涉及材料、精密制造工艺、多传感器融合、计算机、应用数学以及各具体应用领域的科学与技术，具有重要的理论意义和应用前景。其中传感器技术和计算机技术处于当今科学技术研究和发展的前沿。,认跨胳假邢溺磐辈捎匙藻桥烃懊绦筐流环渡劲被戈斥啃幽鹰该求英钡喧泳第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电
11、子鼻技术,2020/10/14,商品化的电子鼻,脆慧讽暗阀跑捻肌认美闪扫角蒋凯辅旷似胯涧巨耶宣鲸踏冉略髓钡婚抿绚第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,（3）电子鼻技术的基本原理,姨冠钓锐度作孪好备铝坯瑞个颈抡俏蓄宦丸针羚单沏辉著潭牢镍雅康派口第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,阵列化气体传感器,电子鼻系统中，传感器及其阵列是电子鼻的关键，它的功能是把不同的气味分子在其表面的化学作用转化为可测的电信号。 传感器阵列可以采用数个单独的气敏传感器组合而成，也可以采用集成工艺制作专门的气敏传感
12、器阵列。后者体积小、功耗低、便于信号的集中采集与处理。, A CMOS monolithically integrated gas sensor array with electronics for temperature control and signal interfacing 2002 Spain,（4）电子鼻技术的研究现状与前景,严遁铬杉歼躁现谎软赣衙怖悸牧惧埂狙甫呸涧簧早棋岛瞅儒格咸李拣炕宰第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,电子鼻敏感材料必须具备两个基本条件： （1） 对不同的气味均有响应，即通用性要强，要求对成千上万 种不
13、同的嗅味能在分子水平上作出鉴别； （2）与嗅味分子的相互作用或反应必须是快速、可逆的，不产 生任何 “记忆效应” 。,丽篮径贮炉蛊量呜阜合囱闲顽射叫刷牧竭俭则攒害扰蔼插莎鄙卖戴炮歉甥第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,金属氧化物型传感器已被普遍应用在电子鼻中。最常见的材 料有锡、锌、钛、钨和铱的氧化物，并掺入像铂和钯等贵金 属催化剂。 酞菁类聚合物是有机半导体敏感材料的代表，它们所具有的 环状结构使得吸附气体分子与有机半导体之间产生电子授受 关系。不同的酞菁聚合物可选择如真空升华技术、LB膜技 术、旋涂技术和自组织膜技术（SA）等制膜技术
14、在检测器件 上制得薄膜型气敏元件，并可制得传感器阵列，使其与计算 机模式识别技术结合使用。 聚吡咯、蒽、二萘嵌苯、胡萝卜素等近年来也被用作有 机半导体气敏材料受到人们关注。,玫营砖焕寂窍烘恿陀寿已专铀婆浇晦谆瞧镊袋陆艳邀赡背鹰钎锄轨敢鹏注第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,传感器阵列的模拟输出经/转换为数字信号，输入计算机中的数据 处理和模式识别系统 ，被测嗅觉的强度既可用每个传感器的输出的绝对电 压、电阻或电导来表示，也可用相对信号值如归一化的电阻或电导值，即 它们的变化率来比较嗅味的性质。,传感器阵列的数据采集系统,传感器阵列数据采集
15、系统,殆柠段鸯类嫡丝壶斜井蓝产粉躲特林碱捧逻刚鲸慎佑瑚呕搪篷求诱我籍愁第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,4、模式识别 人工神经网络,（1）模式识别处理,传感器阵列输出的信号经专用软件采集、加工、处理后，利用多元数据统计分析方法、神经网络方法和模糊方法将多维响应信号转换为感官评定指标值或组成成分的浓度值，得到被测气味定性分析结果的智能解释器。 早期的电子鼻多用主成分分析、多元线性拟合、模板匹配、聚类等数据处理方法。,棺跪下炉蛛侠钱边痉度莹碧高磅葬勾阻丝磺挡性挎补绘莫订总寨烹色街汉第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电
16、子鼻技术,2020/10/14,（2）模式识别 人工神经网络,由于气体传感器的响应与被测气体体积分数之间的关系一般是非线性的，现在的电子鼻系统多用神经网络方法和最小二乘法。近些年发展起来的人工神经网络（artificial neural networkANNs）由于具有很强的非线性处理能力及模式识别能力而得到了广泛的应用。神经网络通过学习自动掌握隐藏在传感器响应和气味类型与强度之间的、难以用明确的模型数学表示的对应关系。 许多统计技术和ANNs是互为补充的，所以常常与ANNs联合使用，以得到一组比用单个技术得到的数据更加全面的分类和聚类。这类统计学或化学计量学方法包括主分量分析，部分最小平方法，辨别分析法，辨别因子分析法和聚类分析法等。,谱倦洛均雏瓤思葵炕侩漠咕矣蜗危曳滑断韵魂投注槽赂苦挺诽稳饯征烛阀第五章（3）化学传感器及电子鼻技术第五章（3）化学传感器及电子鼻技术,2020/10/14,人 工 神 经 网 络,图3. 脑细胞神经元,图4. 人工神经网络神经元,The
